![Laporan Resmi Proses B [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/laporan-resmi-proses-b.jpg)
15 0 833 KB
LAPORAN RESMI PRAKTIKUM DASAR-DASAR PROSES
ESTERIFIKASI ASAM ASETAT
Disusun oleh: NAMA
: INDIRA SALSABILA AYUWIBOWO FAIZ SAIFANY RAHMAN NURUL HUDA
NIM
: 15/379003/TK/42945 15/379968/TK/43233 15/385185/TK/43847
HARI/TANGGAL
: SELASA / 6 SEPTEMBER 2016
ASISTEN
: IVONE MARSELINA NUGRAHA
LABORATORIUM DASAR-DASAR PROSES DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA 2016
LEMBAR PENGESAHAN
LAPORAN RESMI PRAKTIKUM DASAR-DASAR PROSES 2016 dengan judul mata praktikum :
ESTERIFIKASI ASAM ASETAT
Disusun Oleh:
Nama Praktikan
NIM
Tanda Tangan
Indira Salsabila Ayuwibowo
15/379003/TK/42945
Faiz Saifany
15/379968/TK/43233
Rahman Nurul Huda
15/385185/TK/43847
Yogyakarta, 13 September 2016 Dosen Pembimbing Praktikum
Asisten,
Ir. Suprihastuti Sri Rahayu, M. Sc.
Ivone Marselina Nugraha
NIP. 19580619 198903 2 001
ESTERIFIKASI ASAM ASETAT
I. TUJUAN PERCOBAAN Percobaan ini bertujuan untuk mempelajari reaksi esterifikasi asam asetat dengan etanol menggunakan katalisator asam sulfat pada suhu didih campuran II. DASAR TEORI Esterifikasi adalah suatu reaksi antara asam karboksilat dengan alkohol yang menghasilkan ester dan H2O. Salah satu senyawa ester yang banyak dijumpai di industri adalah etil asetat, yang dihasilkan dari reaksi antara asam asetat dengan etanol dengan bantuan katalis asam yaitu asam sulfat pekat. Reaksi esterifikasi asam asetat dapat dijelaskan secara lengkap sebagai berikut (Solomons, 2012).
Gambar 2. Mekanisme Reaksi Esterifikasi Fischer
Pada esterifikasi asam asetat, bahan baku yang digunakan berupa asam asetat dan etanol. Katalis yang digunakan adalah asam sulfat. Reaksi dapat dijelaskan melalui persamaan reaksi sebagai berikut:
`Gambar 1. Reaksi Esterifikasi Asam Asetat dengan Etanol dan Katalisator Asam
Apabila reaksi ini berlangsung dalam reactor batch , konsentrasi reaktan dan produk akan berubah terhadap waktu. Konsentrasi reaktan semakin menurun seiring dengan bertambahnya waktu, sedangkan konsentrasi produk meningkat. Laju perubahan konsentrasi reaktan per satuan waktu atau laju pembentukan produk per satuan waktu disebut sebagai laju reaksi. Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi laju reaksi esterifikasi antara lain : 1.
Konsentrasi reaktan Semakin banyak jumlah/konsentrasi reaktan yang digunakan maka llaju reaksi akan semakin cepat. Hal ini karena jarak antar molekul reaktan berdekatan sehingga kemungkinan terjadinya tumbukan untuk membentuk produk semakin besar.
2.
Suhu reaksi Suhu reaksi juga dapat meningkatkan laju esterifikasi. Semakin tinggi suhu mengakibatkan kecepatan molekul bertambah sehingga frekuensi tumbukan antar molekul reaktan untuk membentuk produk juga meningkat. Selain itu suhu juga berperan dalam meningkatkan konstanta laju reaksi. Berikut adalah hubungan antara suhu reaksi dengan konstanta laju reaksi menurut persamaan Arrhenius (Atkins, 2006)
k Ae
Ea RT
Dengan, K
= Konstanta laju reaksi
A
= Faktor tumbuhan\
Ea
= Energi Aktivasi
(2)
R
= Tetapan gas ideal
T
= Suhu absolute (K)
Berdasarkan persamaan tersebut dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi suhu reaksi, maka konstanta laju reaksi akan semakin besar. 3.
Penggunaan Katalisator Katalis mempunyai peran dalam menurunkan energy aktivasi. Berdasarkan persamaan (3), apabila energy aktivasi menurun maka nilai konstanta laju reaksinya justru bertambah, sehingga laku reaksi akan meningkat. Pada reaksi esterifikasi, katalis yang digunakan adalah asam sulfat pekat. Katalisator tidak ikut bereaksi sehingga dapat digunakan untuk beberapa kali reaksi. Persamaan (1) menggambarkan bahwa reaksi esterifikasi asam asetat dan etanol
menjadi etil asetat bersifat reversible (bolak balik). Sehingga terdapat reaksi pembentukan kembali asam asetat dan etanol dari etil asetat dan air secara matematis, persamaan laju reaksi A dapat dituliskan sebagai berikut. (3) dengan, -ra
= laju reaksi A , mol/L.menit
k1
= konstanta laju reaksi ke kanan, L/mol.menit
k2
= konstanta laju reaksi ke kiri, L/mol.menit
CA
= konsentrasi asam asetat, mol/L
CB
= konsentrasi etanol, mol/L
CD
= konsentrasi etil asetat , mol/L
CE
= konsentrasi air, mol/L
Mengingat reaksi esterifikasi bersifat reversible maka ketika tercapai kesetimbangan (equilibrium) laju reaksi ke arah kanan sama dengan laju reaksi kea rah kiri, atau dapat dituliskan
bahwa nilai (-ra)eq = 0. Sehingga,hubungan antara konsentrasi reaktan dan
konsentrasi produk pada keadaan setimbang adalah sebagai berikut.
K
k1 C DeC Ee k 2 C AeC Be
(4)
dengan, K
= ketetapan kesetimbangan
k1 & k2 = konstanta laju reaksi ke kanan dan ke kiri CAe
= konsentrasi asam asetat pada kesetimbangan, mol/L
CBe
= konsentrasi etanol pada kesetimbangan, mol/L
CDe
= konsentrasi etil asetat pada kesetimbangan, mol/L
CEe
= konsentrasi air pada kesetimbangan, mol/L
Konversi asam asetat dapat dinyatakan sebagai banyaknya mol asam asetat yang bereaksi dibanding mol asam asetat mula-mula. Berikut persamaan yang menyatakan konversi asam asetat.
xA
n A,t 0 n A,t t n Aa
x100%
C A ,t 0 C A ,t t C Aa
x100%
(5)
dengan: nAa
= mol asam asetat mula-mula, mol
CA,t=o
= konsentrasi asam asetat mula-mula, mol/L
CA,t=t
= konsentrasi pada t tertentu, mol/L
Caa
=konsentrasi asam asetat dalam campuran reaktan, mmol/mL
Banyaknya mol asam asetat yang terkonversi sama dengan mol etil asetat yang terbentuk. Pada keadaan setimbang, konversi asam asetat (XAe) dapat diketahui dari persamaan berikut.
K
(C Do C Aa x Ae )(C Eo C Aa x Ae ) C Aa (1 x Ae )(C Bo C Aa x Ae )
dengan: K
= konversi setimbang teoritis
xAe
= konversi asam asetat setimbang teoritis, %
CAa
= konsentrasi asam asetat pada t = 0, mol/L
(6)
CBo
= konsentrasi etanol pada t = 0, mol/L
CDo
= konsentrasi ester etil asetat pada t=0, mol/L
CEo
= konsentrasi air pada t=0, mol/L
Nilai K dipengaruhi oleh suhu reaksi, dan hubungan antara suhu reaksi dan tetapan kesetimbangan reaksi (K) dituliskan dalam bentuk persamaan Van’t Hoff, sebagai berikut. d ln K H r dT RT 2
(7)
dengan: ΔHr
= panas reaksi, Joule/mol
T
= suhu reaksi, K Entalpi suatu reaksi ( H r ) dapat diperoleh dengan cara mengurangi entalpi
pembentukan produk dengan entalpi pembentukan reaktan. Apabila panas reaksi ( H r ) tidak dipengaruhi suhu, maka ln K T ln K 298
H r R
1 1 T 298
(8)
dengan: KT
= konstanta kesetimbangan kimia pada suhu T
Untuk mendapatkan produk ester dengan yield yang tinggi pada reaksi esterifikasi, maka kesetimbangan harus digeser ke arah pembentukan ester. Usaha – usaha yang dapat dilakukan untuk memperbanyak hasil ester antara lain: 1.
Menambah salah satu reaktan secara berlebih. Pada reaksi esterifikasi, diantara reaktan asam karboksilat dan alkohl yang digunakan, alkigil memiliki harga jual yang relative murah sehingga reaktan inilah yang direaksikan dalam keadaan berlebih.
2.
Menggunakan reaktan dengan kemurnian yang tinggi. Reaktan dengan konsentrasi yang tinggi memiliki kemurnian yang tinggi pula. Semakin tinggi konsentrasinya maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan.
3.
Mengurangi jumlah salah satu hasil produk. Produk yang dihasilkan pada reaksi esterifikasi adalah ester dan air. Dalam industri dengan reaksi yang kontinu, pengurangan
salah satu hasil produk esterifikasi dapat dilakukan dengan mengambil hasil ester atau air melalui distilasi campuran 4.
Untuk menggeser kesetimbangan kea rah produk, maka digunakan suhu tinggi pada reaksi endotermis dan suhu ruendah pada reaksi eksotermis. Reaksi esterifikasi termasuk dalam reaksi eksotermis, sehingga suhu ideal yang digunakan adalah suhu rendah dengan kisaran 70oC.
III. METODOLOGI PERCOBAAN A. Bahan Bahan-bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah: 1. Larutan asam asetat 2. Etanol 3. Asam sulfat pekat 4. Aquadest 5. Natrium hidroksida 6. Larutan HCl 0,1 N 7. Indikator phenolphthalein 8. Air es Semua bahan diperoleh dari Laboratorium Dasar-Dasar Proses, Departemen Teknik Kimia, Universitas Gadjah Mada, kecuali air es. B. Rangkaian Alat Alat-alat yang digunakan dalam percobaan ini ditunjukkan oleh gambar rangkaian : alat berikut ini: Keterangan:
Gambar 2. Rangkaian Alat Esterifikasi
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
10.
Steker
C. Cara Percobaan 1. Membuat larutan NaOH 0,1 N sebanyak 500 mL, dilanjutkan dengan standardisasi Larutan NaOH 0,1 N sebanyak 500 mL dibuat dengan cara melarutkan 2 gram NaOH pellets dengan aquadest di dalam labu ukur 500 mL. NaOH pellets ditimbang didalam gelas arloji dengan analisis digital. Berat NaOH pellets tercatat sebesar 2,0095 gram. Larutan NaOH 0,1 N yang sudah dibuat distandardisasi dengan larutan HCl 0,1 N; dengan indikator phenolphthalein. Volume larutan HCl yang dibutuhkan untuk menitrasi 25 mL larutan NaOH 0,1 N dicatat. Percobaan diulang dua kali lagi sehingga diperoleh tiga data. Volume rata-rata larutan HCl yang dibutuhkan untuk titrasi (VHCl) dihitung. 2. Melakukan analisis kadar asam asetat yang akan diesterifikasi Asam asetat encer diambil sebanyak 5 mL,dimasukkan ke dalam labu ukur 100 mL dan ditambahkan aquadest hingga volumenya 100 mL. Larutan asam asetat encer sebanyak 25 mL dititrasi dengan larutan NaOH 0,1 N yang sudah distandardisasi, dengan indikator phenolphthalein. Volume larutan NaOH yang dibutuhkan untuk menitrasi 25 mL larutan asam asetat encer dicatat. Percobaan diulang dua kali lagi sehingga diperoleh tiga data. Volume rata-rata larutan NaOH yang dibutuhkan untuk titrasi (Va) dihitung. 3. Melakukan esterifikasi Asam asetat yang terdapat pada botol dilemari asam sebanyak 25 mL dicampur dengan 2 mL asam sulfat du dalam erlenmeyer 250 mL. Campuran diaduk dengan pengaduk gelas hingga tercampur rata. Campuran tersebut dituang ke dalam reaktor (labu leher tiga). Kran pendingin dibuka. Pengaduk dinyalakan. Reaktor dipanaskan hingga suhu campuran kurang lebih 90°C. Bersamaan dengan itu, etanol sebanyak 200 mL diambil dan dituang ke dalam erlenmeyer 250 mL (yang tadi digunakan sebagai wadah penampung asam asetan dan asam sulfat). Sumbat dan termometer dipasang pada erlenmeyer 250 mL berisi etanol. Etanol pada erlenmeyer 250 mL dipanaskan diatas kompor listrik hingga suhunya kurang lebih 60°C. Selanjutnya etanol panas dituang ke dalam labu leher tiga yang telah berisi asam asetat dan asam sulfat melalui pendingin bola. Suhu campuran diupayakan menjadi kurang lebih 70°C. Waktu dan suhu akhir campuran dicatat. Suhu dijaga supaya konstan (tetap) dengan cara menatur pemanas.
Sampel kira-kira 10 mL diambil dan dimasukkan ke dalam botol sampel (diberi nomor), kemudian didinginkan dengan segera dengan cara botol sampel diletakkan ke dalam baskom berisi air es. Pengambilan sampel dilakukan pada saat t = 0 (saat etanol selesai dituang ke reaktor labu leher tiga) dan t = 5 menit. Pengambilan sampel dilanjutkan pada t = 15 menit, t= 30 menit, t= 60 menit hingga t = 90 menit. Suhu reaksi diupayakan tetap (suhu dicatat saat terjadi kenaikan atau penurunan suhu). 4. Melakukan analisis kadar asam dalam sampel 1 (t = 0) Sampel yang telah didinginkan sebanyak 5 mL diencerkan dengan aquadest hingga volumenya 100 mL di dalam labu ukur 100 mL. Larutan sampel yang telah diencerkan dititrasi dengan larutan NaOH 0,1 N yang telah diketahui normalitasnya dengan pasti, dengan indikator phenolphthalein. Volume larutan NaOH yang dibutuhkan untuk menitrasi 25 mL larutan sampel yang telah diencerkan dicatat. Titrasi diulang dua kali lagi sehingga diperoleh tiga data hasil titrasi. Volume rata-rata larutan NaOH yang dibutuhkan untuk titrasi (Vt=0) dihitung. Analisis kadar asam dalam sampel berikutnya dilakukan pada t = 0 menit, t = 5 menit, t = 15 menit, t = 30 menit, t = 60 menit, dan t = 90 menit. Volume rata-rata larutan NaOH yang dibutuhkan untuk titrasi dihitung (Vt=0, Vt=5, Vt=15, Vt=30, Vt=60, Vt=90).
D. Analisis Data Perhitungan esterifikasi asam asetat dilakukan untuk mengetahui besarnya perubahan konsentrasi baik asam asetat maupun ester etil asetat. a.
Normalitas HCl 0,1 N
N HCl
2(wboraks ) ( BM boraks )(VHCl )
dengan, NHCl
= normalitas larutan HCl, mgek/mL
Wboraks
= berat boraks, mgram
Bmboraks = berat molekul boraks = 381,37 mg/mmol VHCl
= volume larutan HCl untuk titrasi, mL
(9)
b.
Normalitas NaOH 0,1 N
N NaOH
(VHCl )( N HCl ) (25)
(10)
dengan,
c.
NNaOH
= normalitas larutan NaOH, mgek/mL
NHCl
= Normalitas larutan HCl, mgek/mL
VHCl
= Volume larutan HCl yang diperlukan untuk titrasi, mL
Normalitas asam asetat yang diesterifikasi
N * Aa
(Va )( N NaOH ) 100 250 x x (25) 5 10
(11)
dengan,
d.
N*Aa
= normalitas asam asetat, mgek/mL
Va
= volume larutan NaOH untuk titrasi, mL
VNaOH
= Volume larutan NaOH yang diperlukan untuk titrasi, mL
NNaOH
= Normalitas larutan NaOH, mgek/mL
Normalitas asam asetat mula-mula (tanpa asam sulfat)
28 N Aa ( N * Aa ) 227
(12)
dengan,
e.
N*Aa
= Normalitas (mgek/mL) asam asetat yang akan diesterifikasi
NAa
=Normalitas (mgek/mL) asam asetat awal dalam campuran reaktan
Normalitas asam (asetat dan sulfat) pada t = 0
N A,t 0 f.
(13)
Normalitas asam (asetat dan sulfat) pada setiap t
N A ,t t g.
(Vt 0 )( N NaOH ) 100 x 25 5
(Vt t )( N NaOH ) 100 x 25 5
(14)
Konversi asam asetat
XA
(C A,t 0 C A,t t ) C Aa
x100%
(15)
h.
Jumlah mol asam asetat mula-mula
n Aa
(C Aa )(Vas ) 1000
(16)
dengan: VAs i.
= volume asam asetat = 227 mL
Jumlah mol etanol mula-mula
n Bo
(VB )( B )(C Bb ) MrB
(17)
dengan, nBo
= mol etanol mula-mula, mol
VB
= volume etanol = 200 mL
ρB
= massa jenis etanol 72% pada suhu percobaan, gram/mL
j.
CBb
= kadar etanol = 72%
MrB
= berat molekul air = 18 gram/mol
Jumlah mol air mula-mula
1 nEo (n Aa )( MrA ) (VB )( B )(1 C Bb ) x MrE dengan, nEo
= mol air mula-mula, mol
VB
= volume etanol = 200 mL
ρA
= massa jenis asam asetatpada suhu percobaan, gram/mL
ρE
= massa jenis etanol 72% pada suhu percobaan, gram/mL
k.
CBb
= kadar etanol, %
MrE
= berat molekul air = 18 gram/mol
MrA
= berat molekul asam asetat = 60 gram/mol
Konversi setimbang teoritis Entalpi reaksi esterifikasi asam asetat adalah:
(18)
(19) (20)
(21) dengan, K = K2 = konstanta kesetimbangan reaksi K1
= konstanta kesetimbangan reaksi pada suhu referensi
ΔHr
= entalpi reaksi esterifikasi, Joule / mol
R
= konstanta gas = 8,314 Joule / mol K
T
= suhu percobaan, K
Tr
= suhu referensi, K
K
n Ae (n Eo n Ae ) (n Aa n Ae )(n Bo n Ae )
(22)
dengan, K
= konstanta kesetimbangan reaksi
X Ae
n Ae x100% n Aa
(23)
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Salah satu proses yang dilakukan pertama kali pada praktikum ini adalah standardisasi larutan NaOH dengan larutan HCl dan standaridsasi larutan HCl dengan larutan boraks. Larutan HCl dan NaOH perlu distandardisasi terlebih dahulu karena larutan HCl dan NaOH merupakan larutan standar sekunder yang normalitasnya tidak dapat diketahui secara pasti. Larutan NaOH bersifat higroskopis yaitu dapat menyerap uap air dari udara, sedangkan larutan HCl bersifat volatil yaitu mudah menguap. Larutan boraks adalah larutan standar primer yang memiliki kemurnian tingg, tidak bersifat higroskpis, dan volatil, sehingga normalitasnya dapat diketahui dengan tepat melalui perhitungan. Langkah standardisasi yang dilakukan pertama adalah titrasi larutan boraks dengan larutan HCl untuk mengetahui normalitas sesungguhnya dari larutan HCl. Larutan HCl yang telah diketahui normalitasnya lalu digunakan untuk standardisasi larutan NaOH dengan cara mentritasi larutan NaOH dengan larutan HCl. Volume larutan HCl yang diperlukan untuk titrasi dapat digunakan untuk menghitung normalitas dari larutan NaOH. Adapun normalitas HCl rata-rata yang didapatkan adalah 0,0934
mgek
/mL dan
normalitas NaOH rata-rata hasil percobaan adalah 0,0986 mgek/mL. Reaksi esterifikasi yang dilakukan pada percobaan ini adalah reaksi antara asam asetat dan etanol dengan bantuan katalisator asam sulfat pekat. Persamaan reaksi esterifikasi pada percobaan ini adalah sebagai berikut: H2SO4
CH3COOH (l) + CH2CH3OH (l) asam asetat etanol
CH3COOCH2CH3(l) + H2O (l) etil asetat air
Secara umu reaksi esterifikasi adalah reaksi antara asam karboksilat dan alkohol dengan katalisator asam. Tujuan penggunaaan katalisator asam adalah untuk menurunkan energy aktivasi sehingga jalannya reaksi akan berlangsung lebih cepat. Senyawa asam dapat memberikan ion H+ pada atom karbonik dari asam sehingga elektrofinitas atom akan meningkat. Jika diberikan sejumlah kecil asam maka kesetimbangan reaksi akan tercapai dalam beberapa jam. Reaksi ini dilakukan pada suhu cukup tinggi agar reaksi esterifikasi dapat berlangsung lebih cepat. Oleh karena itu, reaksi esterifikasi dilakukan pada labu leher tiga yang dipanaskan di atas pemanas mantel. Reaksi esterifikasi juga dilengkapi dengan bola pendingin (agar uap yang dihasilkan selama reaksi terkondensasi dan kembali ke dalam labu leher tiga), pengaduk merkuri (agar reaksi dapat merata di seluruh larutan dan mempercepat reaksi), serta termometer alkohol (untuk mengetahui suhu reaksi). Selama reaksi berlangsung, dilakukan
pengambilan cuplikan/sampel dari dalam labu leher tiga pada jangka waktu yang berbedabeda. Hal ini dilakukan untuk mengetahui hubungan antara waktu reaksi berlangsung dengan konversi asam asetat yang bereaksi. Cuplikan yang diambil akan dimasukkan ke botol sampel dan segera direndam pada air es agar suhu cuplikan menjadi dingin dan reaksi dapat terhenti. Jika tidak segera didinginkan, maka reaksi akan tetap berlangsung sehingga hasil yang didapatkan tidak sesuai dengan yang diharapkan. Cuplikan yang telah diambil dan didinginkan kemudian akan diencerkan dan dititrasi dengan larutan NaOH untuk mengetahui kandungan asam asetat sisa didalam sampel yang tidak bereaksi. Pada proses titrasi semua sampel mengalami perubahan warna dari tidak berwarna/bening menjadi ungu. Hasil titrasi menunjukkan bahwa volume larutan NaOH yang diperlukan untuk titrasi larutan hasil esterifikasi berbeda-beda. Semakin lama waktu reaksi dari suatu sampel esterifikasi yang akan dititrasi maka volume larutan NaOH yang diperlukan untuk titrasi semakin berkurang. Hal ini dikarenakan kadar asam asetat sisa yang belum bereaksi pada larutan sampel tersebut semakin kecil seiring bertambahnya waktu reaksi. Pada sampel yang diambil pertama, bau yang dihasilkan adalah bau cuka karena kandungan asam asetat dalam campuran masih banyak. Sedangkan pada sampel berikutnya terjadi perubahan bau menjadi bau balon karet yang semakin lama semakin menyengat. Bau balon karet ini berasal dari senyawa produk yaitu etil asetat yang semakin lama waktu reaksi berlangsung jumlahnya meningkat. Berdasarkan hasil titrasi yang didapatkan, diketahui konsentrasi asam asetat dan konversi asam asetat tiap waktu reaksi yang disajikan pada Daftar I.
Daftar I. Konsentrasi dan Konversi Asam Asetat pada Berbagai Waktu NA,t=t
Netil asetat
(mgek/mL)
(mgek/mL)
0
1,1125
0,0000
0
2
5
0,8022
0,3103
31,47
3
10
0,6786
0,4340
44,39
4
15
0,6470
0,4655
47,62
5
30
0,5576
0,5549
56,77
6
60
0,5392
0,5734
58,65
7
90
0,5260
0,5865
60,00
No
t (menit)
1
XA (%)
Hubungan antara konsentrasi asam asetat dengan waktu reaksi dapat dilihat pada Gambar 3.
Normalitas asam asetat (mgek/mL)
1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Waktu (menit)
Gambar 3. Grafik Hubungan Antara Konsentrasi Asam Asetat dengan Waktu Reaksi Dari grafik diatas, dapat dilihat bahwa konsentrasi asam asetat mengalami penurunan seiring berjalannya waktu. Hal ini sesuai dengan teori yang ada dimana asam asetat sebagai reaktan akan mengalami reaksi menjadi produk etil asetat. Dari grafik tersebut juga terlihat, semakin lama waktu reaksi berlangsung laju penurunan konsentrasi asam asetat semakin kecil. Hal ini disebabkan semakin banyaknya produk etil asetat yang terbentuk sehingga mulai tercapainya kesetimbangan reaksi. Hubungan antara konsentrasi etil asetat dengan waktu reaksi dapat dilihat pada Gambar 4.
0.70
Normalitas etil asetat (mgek/mL)
0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Waktu (menit)
Ganbar 4. Grafik Hubungan antara Konsentrasi Etil Asetat dengan Waktu Reaksi Berbeda dengan asam asetat, etil asetat yang merupakan produk dari reaksi esterifikasi ini mengalami peningkatan konsentrasi seiring dengan berjalannya waktu reaksi seperti yang terlihat pada Gambar 4. Konsentrasi etil asetat yang mula-mula nol akan terus meningkat hingga mencapai suatu titik dimana reaksi dikatakan setimbang dan etil asetat tidak terbentuk lagi. Hubungan antara konversi asam asetat dengan waktu reaksi dapat dilihat pada Gambar 5 berikut. 70 60
Konversi (%)
50 40 30 20 10 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Waktu (menit)
Gambar 5. Grafik Hubungan Antara Konversi Asam Asetat dengan Waktu Reaksi Berdasarkan grafik pada Gambar 5, terlihat bahwa konversi asam asetat terus meningkat seiring berjalannya waktu. Hal ini menunjukkan bahwa pasam asetat yang
mengalami reaksi dan terkonversi menjadi produk semakin meningkat. Namun laju perubahan/konversi asam asetat menjadi produk dari waktu ke waktu tidak sama dan cenderung menurun. Hal ini disebabkan karena produk yang dihasilkan semakin banyak dan kesetimbangan hamper tercapai. Asumsi – asumsi yang digunakan pada percobaan ini, antara lain: 1. Tidak ada pengotor di dalam campuran yang bereaksi 2. Tidak ada campuran yang menguap dan keluar dari labu leher tiga selama pemanasan 3. Cuplikan/sampel yang telah diambil tidak mengalami reaksi lagi, oleh karena cuplikan/sampel yang diambil segera didinginkan di dalam air es 4. Penentuan titik akhir titrasi tepat 5. Tidak ada massa NaOH yang tertinggal selama prose penimbangan ke pelarutan 6. Pengadukan selama reaksi homogen 7. Tidak ada etanol yang meguap ketika dipanaskan di atas kompor listrik Dalam perhitungan konversi setimbang teoritis digunakan data-data dari buku referensi. Berikut adalah data referensi dan hasil perhitungan yang didapatkan. Hr CH3COOH (l)
: -484500 J/mol
Hr CH2CH3OH (l)
: -277690 J/mol
Hr CH3COOCH2CH3(l) : -479000 J/mol Hr H2O (l)
: -285830 J/mol
ΔHr reaksi
: - 2640 J/mol
K298
: 7,9936
Keq
: 6,9560
XAe
: 83,20%
Konversi asam asetat yang didapatkan pada percobaan ini sebesar 60,00%, sedangkan konversi setimbang hasil teoritis adalah sebesar 83,20%. Hal ini menunjukkan bahwa selama 90 menit reaksi dijalankan, reaksi telah menuju keadaan setimbang yang ditandai dengan berkurangnya laju pembentukan produk. Namun berdasarkan perhitungan teoritis, reaksi belum sepenuhnya mencapai kesetimbangan. Kesetimbangan reaksi adalah suatu keadaan pada reaksi bolak-balik dimana laju reaksi ke arah reaktan dan produk sama sehingga konsentrasi reaktan dan produk tetap dan
tidak mengalami perubahan lagi. Reaksi esterifikasi yang dilakukan pada percobaan ini adalah reaksi bolak-balik (reversible) sehingga suatu saat akan tercapai kondisi kesetimbangan reaksi. Asas Le Chatelier adalah asas yang digunakan untuk memprediksi pengaruh perubahan kondisi pada kesetimbangan kimia. Asas Le Chatelier mengatakan bahwa ketika ada aksi yang mengganggu sistem (perubahan konsentrasi, suhu, volume, atau tekanan), maka sistem akan bereaksi supaya pengaruh aksi menjadi sekecil-kecilnya dan akan menghasilkan kesetimbangan baru. Dengan mengunakan prinsip Le Chatelier dapat dilakukan usaha peningkatan produk, yaitu dengan menggeser kesetimbangan ke arah kanan/produk dengan cara-cara sebagai berikut: 1. Perubahan konsentrasi, jika konsentrasi reaktan ditambah dan konsentrasi produk dikurangi maka kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan dan meningkatkan hasil produk. Pada reaksi esterifikasi asam asetat ini usaha meningkatkan yield produk yang bisa dilakukan antara lain: a. Menambah salah satu reaktan yaitu asam asetat atau etanol secara berlebih. Karena harga etanol lebih murah dibandingkan asam asetat maka dapat dipilih etanol sebagai reaktan berlebih. b. Menggunakan reaktan dengan kemurnian tinggi karena reaktan yang kemurniannya tinggi memiliki konsentrasi yang tinggi pula. c. Mengurangi jumlah salah satu produk yaitu etil asetat atau air. Usaha ini dapat dilakukan pada reaksi yang kontinu di industri dengan distilasi campuran. 2. Perubahan suhu, jika suhu reaksi dinaikkan untuk reaksi endotermis dan suhu reaksi diturunkan untuk reaksi eksotermis maka kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan dan meningkatkan produk. Karena reaksi esterifikasi asam asetat termasuk eksotermis, maka untuk meningkatkan yield produk, suhu reaksi harus diturunkan atau dibuat rendah. 3. Perubahan tekanan/volume, perubahan tekanan/volume hanya berpengaruh pada reaksi dengan fase gas. Jika setelah reaksi berlangsung ada penambahan mol maka dengan menurunkan tekanan atau menaikkan volume kesetimbangan akan bergeser ke arah produk/kanan. Karena pada reaksi esterifikasi asam asetat tidak melibatkan fase gas, maka perubahan volume/tekanan tidak akan memberikan pengaruh.
Contoh aplikasi reaksi esterifikasi dalam industri, antara lain: 1. Esterifikasi minyak nabati menjadi biodiesel Proses pembuatan biodiesel adalah dengan mereaksikan asam lemak bebas pada minyak nabati dengan alkohol membentuk ester dan air. Ester dapat dimurnikan lebih lanjut untuk memperoleh biodiesel yang sesuai dengan standard yang ditetapkan. Reaksi ini bersifat endotermis sehingga memerlukan pasokan kalor dari luar. 2. Pemberi rasa (flavorings) pada industri makanan dan minuman Salah satu produk ester yang dihasilkan melalui proses esterifikasi adalah etil dan butil asetat. Etil dan butil asetat banyak digunakan sebagai salah satu komponen yang dipakai untuk memberi rasa pada industri makanan dan minuman . 3. Sebagai pelarut atau solven Senyawa – senyawa ester banyak yang digunakan sebagai pelarut di dalam industri. Salah satu diantaranya adalah ester asetat seperti etil, butil, isopropil, dan amyl asetat yang digunakan sebagai pelarut untuk selulosa nitrat.
V. KESIMPULAN 1. Selama reaksi berlangsung, konsentrasi asam asetat mengalami penurunan, sedangkan konsentrasi etil asetat sebagai produk mengalami peningkatan. 2. Kesetimbangan reaksi esterifikasi tercapai ketika laju reaksi ke arah produk etil asetat dan air sama dengan laju reaksi ke arah rektan asam asetat dan etanol, dan tidak terjadi lagi perubahan konsentrasi reaktan maupun produk. 3. Faktor – faktor yang yang mempengaruhi kesetimbangan: a. Perubahan konsentrasi b. Perubahan suhu c. Perubahan tekanan/volume untuk reaksi yang melibatkan gas. 4. Konversi asam asetat yang didapatkan setelah reaksi berlangsung 90 menit sebesar 60,00%, sedangkan konversi setimbang teoritis sebesar 83,20%. Perbedaan ini menunjukkan bahwa reaksi esterifikasi belum mencapai kesetimbangan pada t=90 menit.
VI. DAFTAR PUSTAKA Atkins, Peter. 2006. “Physical Chemystry 8th Edition”. Oxford: Oxford University Press. Perry, R. H., and Green, D. 1999. “Perry’s Chemical Engineer’s Handbook”, 7th ed. New York: McGraw-Hill Book Company. Solomons, T.W.G., Fryhle, C., Snyder, S. 2012. “Organic Chemistry 11th Edition”. New Jersey: Wiley Global Education.
VII. LAMPIRAN A. Identifikasi Hazard Bahan Kimia dan Proses 1. Identifikasi Hazard Proses a. Pengambilan larutan asam (asam sulfat dan asam asetat) di lemari asam. Pada percobaan ini, praktikan akan mengambil larutan asam asetat dan asam sulfat dari lemari asam. Semua tata cara pengambilan bahan dari lemari asam (memakai alat perlindungan diri yang lengkap, menyalakan kipas atau exhauster, menyiapkan wadah atau penampung bahan yang akan diambil, dll) harus dilakukan dan dipatuhi supaya tidak menimbulkan bahaya. Beberapa kesalahan yang dapat terjadi atau dilakukan adalah praktikan lupa menyalakan kipas atau exhauster, sehingga gas beracun terhirup, atau karena kurang cekatan dalam menggunakan pipet volume dan bola penghisap, pada saat mengambil asam asetat atau asam sulfat, ada larutan yang terpercik atau menetes. b. Memasukkan larutan etanol panas ke reaktor melalui pendingin bola. Ditengah proses esterifikasi, larutan etanol panas (bersuhu kurang lebih 60°C) akan ditambahkan ke dalam reaktor labu leher tiga melalui pendingin bola dengan bantuan corong gelas. Jika praktikan kurang berhati-hati saat menuang etanol panas, etanol dapat tumpah dan mengenai tubuh praktikan. Etanol yang bersuhu cukup tinggi dapat menyebabkan luka bakar dan iritasi pada kulit maupun mata. c. Memasukkan larutan NaOH maupun larutan HCl ke buret. Pada percobaan ini, praktikan akan melakukan titrasi sebanyak 24 kali sehingga akan sering mengisi ulang larutan pada buret. Untuk menghindari resiko kecelakaan, pada saat mengisi larutan ke buret, sebaiknya buret yang terpasang pada statif diturunkan ke posisi yang lebih rendah, kran buret dipastikan dalam keadaan tertutup, menggunakan corong gelas. Kecelakaan yang dapat terjadi adalah, larutan NaOH atau larutan HCl akan terpercik atau tumpah ke arah praktikan (menyebabkan iritasi) dan buret tersenggol dan jatuh. d. Mencampur reaktan dan katalisator di erlenmeyer 250 mL. Sebelum dimasukkan ke dalam labu leher tiga, campuran antara asam sulfat dan asam asetat terlebih dahulu dicampur dengan cara diaduk dengan pengaduk
gelas. Selama pengadukan pastikan tidak ada larutan yang keluar dari erlenmeyer karena larutan bersifat volatile, korosif dan iritan. 2. Identifikasi Hazard Bahan Hazard bahan pada percobaan ini adalah terdapat bahan yang bersifat iritan, korosif, mudah terbakar dan bersuhu tinggi. Bahan yang bersuhu tinggi yaitu, larutan etanol yang dipanaskan (bersuhu kurang lebih 60°C), dan campuran asam asetat dengan katalisator asam sulfat pada rekator yang dipanaskan (bersuhu kurang lebih 90°C). Jika praktikan terkena percikan bahan yangbersuhu tinggi, dapat menyebabkan terjadinya luka bakar.Bahan yang bersifat iritan akan menimbulkan iritasi pada mata dan kulit jika terjadi kontak langsung, namun apabila sampai tertelan atau terhirup iritasi pada organ dalam (saluran pencernaan dan saluran pernapasan). Bahan yang bersifat korosif apabila memiliki konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan luka bakar dan melepuh apabila terjadi kontak langsung (baik pada kulit, mata, bahkan organ dalam apabila sampai tertelan atau terhirup). Bahan yang mudah terbakar akan sangat tidak stabil pada suhu tinggi dan akan langsung bereaksi jika flash point nya sudah terlampaui (membentuk api). Sedangkan sifat bahan-bahan lain akan dijelaskan selanjutnya. Asam asetat bersifat korosif, iritan dan mudah terbakar. Etanol bersifat iritan dan mudah terbakar. Asam sulfat pekat bersifat sangat korosif dan iritan. Natrium hidroksida (pellets) bersifat korosif dan iritan. Larutan HCl bersifat korosif dan iritan. Indikator phenolphthalein bersifat mudah terbakar dan iritan. Sedangkan, aquadest adalah bahan yang cenderung tidak berbahaya.
B. Penggunaan Alat Perlindungan Diri Dalam melakukan percobaan ini diperlukan alat perlindungan diri sebagai berikut: 1. Jas laboratorium lengan panjang dan celana panjang, diperlukan agar bahan-bahan kimia yang tumpah tidak secara langsung mengenai bagian tubuh praktikan. 2. Masker, sebagai alat perlindungan untuk bahan-bahan kimia yang mudah menguap dan bersifat toxic. 3. Goggles,sebagai alat pelindung mata dari bahan kimia maupun serpihan-serpihan atau pecahan material yang tajam.
4. Sarung tangan karet, sebagai alat pelindung tangan ketika harus berurusan dengan berbagai macam bahan-bahan kimia yang sifatnya irritant. 5. Sepatu safety, sebagai alat pelindung kaki dari bahan-bahan kimia yang sifatnya irritant.
C. Manajemen Limbah Limbah-limbah yang dihasilkan pada praktikum ini beserta manajemennya, yaitu : 1. Limbah sisa larutan NaOH Limbah ini bersifat basa sehingga dibuang ke penampungan limbah basa. 2. Limbah sisa larutan HCl Limbah ini tidak terkontaminasi zat apapun sehingga dikembalikan ke wadah semula 3. Limbah hasil titrasi larutan NaOH dan HCl Limbah ini adalah garam yang bersifat netral sehingga dapat dibuang ke wastafel. 4. Limbah hasil titrasi sampel dengan larutan NaOH Limbah ini bersifat netral serta tidak mengandung unsur halogen, sehingga dibuang ke wastafel. 5. Limbah sisa esterifikasi Limbah ini bersifat netral dan tidak mengandung halogen sehingga dibuang ke limbah asam.
D. Data Percobaan 1. Berat boraks
: a. 0,2074 gram
Volume HCl titrasi : a. 11,5 mL 2. Berat NaOH Volume larutan NaOH
b. 0,2015 gram
c. 0,2089 gram
b. 11,2 mL
c. 11,6 mL
: 2,0364 gram : 500 mL
3. Standardisasi NaOH Volume larutan NaOH 0,1 N yang dititrasi
= 25 mL
Volume HCl untuk titrasi larutan NaOH
: a. 26,5 mL
b. 26,4 mL
c. 26,3 mL
4. Normalitas Asam Asetat yang Diesterifikasi Volume sampel asam asetat
= 25 mL
Volume NaOH 0,1 N untuk titrasi : a. 4,5 mL
b. 4,5 mL
c. 4,5 mL
Daftar II. Data Hasil Percobaan Titrasi pada Berbagai Suhu Pukul
13.25
13.30
13.25
13.40
13.55
14.25
14.55
Suhu, oC
69
70
68
70
70
70
70
Analisa
Vsampel encer,
VNaOH,
Perubahan
Perubahan
Kadar asam
mL
mL
warna
bau
25
14,0
25
14,1
Bening -
Berbau
Ungu
cuka
25
14,2
25
10,1
25
10,1
Bening -
Berbau
Ungu
cuka
25
10,3
25
8,6
25
8,6
Bening -
Berbau cuka
8,6
Ungu
25 25
8,2
25
8,2
Bening -
Berbau
25
8,2
Ungu
cuka
25
7,0
25
7,1
Bening -
Berbau cuka
7,1
Ungu
25 25
6,8
25
6,9
Bening -
Berbau cuka
6,8
Ungu
25 25
6,6
25
6,7
Bening -
Berbau
Ungu
cuka
25
6,7
Asetat + Sulfat t=0
Asetat + Sulfat t=5
Asetat + Sulfat t=10
Asetat + Sulfat t=15
Asetat + Sulfat t=30
Asetat + Sulfat t=60
Asetat + Sulfat t=90
E. Perhitungan 1. Normalitas HCl 0,1 N Normalitas larutan HCl dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (9).
NHCL,1 = NHCL,2 = NHCL,3 =
(2).(207,4 𝑚𝑔) 𝑚𝑔 (381,37𝑚𝑚𝑜𝑙) .11.9 𝑚𝐿
(2).(201,5 𝑚𝑔) 𝑚𝑔 (381,37𝑚𝑚𝑜𝑙) .11.2 𝑚𝐿
(2).(208,9 𝑚𝑔) 𝑚𝑔 (381,37𝑚𝑚𝑜𝑙) .11.6 𝑚𝐿
= 0,0914 = 0,0943 = 0,0944
𝑚𝑔𝑒𝑘 𝑚𝐿 𝑚𝑔𝑒𝑘 𝑚𝐿 𝑚𝑔𝑒𝑘 𝑚𝐿
Normalitas rata-rata larutan HCl dapat dihitung sebagai berikut. Normalitas rata-rata =
(0,0914+0,0943+0,0944)𝑚𝑔𝑒𝑘/𝑚𝐿 3
= 0,0934
𝑚𝑔𝑒𝑘 𝑚𝐿
2. Normalitas NaOH 0,1 N Normalitas larutan NaOH dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (10) sebagai berikut. 26,5+26,4+26,3 𝑚𝑔𝑒𝑘 )𝑚𝐿 .(0,0934 𝑚𝐿 ) 3
(
NNaOH =
25
= 0,0986
𝑚𝑔𝑒𝑘 𝑚𝐿
3. Normalitas asam asetat yang diesterifikasi Normalitas asam asetat yang akan diesterifikasi dapat dihitung menggunakan persamaan (11) sebagai berikut.
N*Aa =
4,5+4,5+4,5 𝑚𝑔𝑒𝑘 )𝑚𝐿 .(0,0986 𝑚𝐿 ) 3
(
25
= 8,8765
100
(
5
250
)(
10
)
𝑚𝑔𝑒𝑘 𝑚𝐿
4. Normalitas asam asetat mula-mula (tanpa asam sulfat) Normalitas asam asetat mula-mula dapat dihitung dengan persamaan (12).
NAa
= 8,8765 = 0,9776
𝑚𝑔𝑒𝑘 𝑚𝐿 𝑚𝑔𝑒𝑘 𝑚𝐿
25
. (227)
5. Normalitas asam (asetat + sulfat) pada t = 0 Normalitas campuran asam asetat dan asam sulfat pada t=0 dapat dihitung menggunakan persamaan (13). 14,0+14,1+14,2 𝑚𝑔𝑒𝑘 )𝑚𝐿 .(0,0986 𝑚𝐿 ) 3
(
NA,t=0
=
25
= 1,1125
(
100 5
)
𝑚𝑔𝑒𝑘 𝑚𝐿
6. Normalitas asam (asetat + sulfat) pada setiap saat Normalitas campuran asam asetat dan asam sulfat pada setiap t dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (14). Contoh perhitungan diambil dari Daftar II untuk t=5. 10,1+10,1+10,3 𝑚𝑔𝑒𝑘 )𝑚𝐿 .(0,0986 𝑚𝐿 ) 3
(
NA,t=5
=
25
= 0,8022
(
100 5
)
𝑚𝑔𝑒𝑘 𝑚𝐿
Dengan menggunakan cara perhitungan seperti contoh diatas, akan diperoleh data perhitungan pada t=10, t=15, t=30, t=60, dan t=90 menit dalam tabel berikut.
Daftar III. Data Hasil Perhitungan Normalitas Asam Asetat +Asam Sulfat pada Setiap t t
Cuplikan/
Vsampel,
VNaOH,
VNaOH rata-rata
Normalitas
(menit)
sampel
(mL)
(mL)
(mL)
(mgek/mL)
2a
25
10,1
2b
25
10,1
10,1667
0,8022
2c
25
10,3
3a
25
8,6
3b
25
8,6
8,6000
0,6786
3c
25
8,6
4a
25
8,2
4b
25
8,2
8,2000
0,6470
4c
25
8,2
t=5
t=10
t=15
t
Cuplikan/
Vsampel,
VNaOH,
VNaOH rata-rata
Normalitas
(menit)
sampel
(mL)
(mL)
(mL)
(mgek/mL)
5a
25
7,0
5b
25
7,1
7,0667
0,5576
5c
25
7,1
6a
25
6,8
6b
25
6,9
6,8333
0,5392
6c
25
6,8
7a
25
6,7
7b
25
6,7
6,6667
0,5260
7c
25
6,7
t=30
t=60
t=90
7. Konversi asam asetat Konversi asam asetat dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (15). Contoh perhitungan konversi asam asetat pada menit ke-5 sebagai berikut. 𝑚𝑔𝑒𝑘
XA
𝑚𝑔𝑒𝑘
1,1125 𝑚𝐿 −0,8022 𝑚𝐿 = 𝑚𝑔𝑒𝑘 0,9776 𝑚𝐿
x 100%
= 31,47% Dengan cara perhitungan yang sama, akan diperoleh data seperti pada tabel berikut. Daftar IV. Data Hasil Konversi Asam Asetat pada Berbagai Waktu Menit
NA,t=0
NA,t=t
NAa
ke-
(mgek/mL)
(mgek/mL)
(mgek/mL)
1
0
1,1125
1,1125
0,9776
0,00
2
5
1,1125
0,8022
0,9776
31,47
3
10
1,1125
0,6786
0,9776
44,39
4
15
1,1125
0,6470
0,9776
47,62
5
30
1,1125
0,5576
0,9776
56,77
6
60
1,1125
0,5392
0,9776
58,65
7
90
1,1125
0,5260
0,9776
60,00
No
Konversi (%)
8. Normalitas etil asetat pada setiap t Normalitas etil asetat pada setiap t dapat dihitung dengan persamaan (16). Contoh perhitungan normalitas etil asetat pada t=5 sebagai berikut. = 0,9776
Netil asetat,t=5
= 0,3103
𝑚𝑔𝑒𝑘 31,47 𝑚𝐿
( 100 )
𝑚𝑔𝑒𝑘 𝑚𝐿
Dengan cara perhitungan yang sama, akan diperoleh data seperti pada tabel berikut.
Daftar V. Data Hasil Perhitungan Normalitas Etil Asetat pada Setiap t No
Menit ke- NAa (mgek/mL)
Konversi (%)
Netil asetat (mgek/mL)
1
0
0,9776
0,00
1,1125
2
5
0,9776
31,47
1,1125
3
10
0,9776
44,39
1,1125
4
15
0,9776
47,62
1,1125
5
30
0,9776
56,77
1,1125
6
60
0,9776
58,65
1,1125
7
90
0,9776
60,00
1,1125
9. Jumlah mol asam asetat mula-mula Jumlah mol asam asetat mula-mula dapat dihitung dengan persamaan (17) sebagai berikut.
nAa
0,9776
=
𝑚𝑔𝑒𝑘 . 𝑚𝐿
25 𝑚𝐿
1000
= 0,0244
mol
10. Jumlah mol etanol mula-mula Jumlah mol etanol mula-mula dapat dihitung dengan persamaan (18) sebagai berikut.
nBo
200 𝑚𝐿 . =
ρB .
75%
𝑔𝑟𝑎𝑚 46 𝑚𝑜𝑙
Densitas etanol (𝜌𝐵) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan yang diambil dari buku referensi “Perry’s Chemical Engineer’s Handbook”, 8th ed.
𝜌 =
C1 1+(1− 𝑇 ) 𝐶3 𝐶2
(25)
𝐶4
Sedangkan densitas air dapat dihitung dengan persamaan berikut.
𝜌 = 𝐶1+ 𝐶2𝑇+𝐶3𝑇2+𝐶4𝑇3 dengan
𝜌
(26)
= densitas molar larutan (mol/dm3)
C1, C2, C3, C4 = konstanta perhitungan densitas T
= suhu ruang (301,15K)
Berdasarkan data referensi yang diambil dari “Perry’s Chemical Engineer’s Handbook”, 8th ed, didapatkan nilai konstanta perhitungan densitas untuk etanol dan air adalah sebagai berikut. Etanol : C1 = 1,6288
Air
C3 = 514
C2 = 0,27469
C4 = 0,23178
: C1 = - 13,851
C3 = - 0,00191 C4 = 1,8211 x 10-6
C2 = 0,64038
Nilai densitas etanol 100% dapat dihitung dengan memasukkan data di atas ke dalam persamaan (25) sebagai berikut. 𝜌B,100%
=
1,6288 1+(1−301,15) 514 0,27469
0,23178
= 17,0008 mol/dm3 . 46 gram/mol . 1dm3/1L . 1L/103 mL = 0,7820 gram/mL Sedangkan densitas air dapat dihitung dengan persamaan (26) sebagai berikut. = −13,851 + 0,64038(301,15) − 0,00191(301,15)2 + 1,8211x10−6(301,15)3 = 55,5573 mol/dm3 . 18 gram/mol . 1dm3/1L . 1L/103 mL = 1,0000 gram/mL Untuk menghitung jumlah mol etanol mula-mula, digunakan massa jenis etanol 72%. Perhitungan massa jenis etanol 72% adalah sebagai berikut. 𝜌B,72% = (0,72 . 𝜌B,100%) + (0,18 . 𝜌E) = (0,72 . 0,7820 gram/mL) + (0,18 . 1,0000 gram/mL) = 0,7431 gram
/ mL
Setelah massa jenis etanol 72% diketahui, nilai nBo dapat dihitung sebagai berikut. 𝑔𝑟𝑎𝑚
nBo
200 𝑚𝐿 . 0,7431 𝑚𝐿 = 𝑔𝑟𝑎𝑚 46 𝑚𝑜𝑙
.
75%
= 2,3261 mol 11. Jumlah mol air mula-mula Jumlah mol air mula-mula dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (19) sebagai berikut.
nEo
=(
0,0244 𝑚𝑜𝑙 . 60
𝑔𝑟𝑎𝑚 𝑚𝐿
+ 200𝑚𝐿(1 − 72,00%)) (
𝜌𝐴
𝑔𝑟𝑎𝑚 𝑚𝐿 𝑔𝑟𝑎𝑚 18 𝑚𝐿
1,0000
)
Densitas asam asetat 100% pada suhu ruang (301,15K) dapat dicari dengan persamaan (25). Nilai konstanta perhitungan densitas untuk asam asetat yang diambil dari buku referensi “Perry’s Chemical Engineer’s Handbook” 8th ed, adalah sebagai berikut Asam asetat :
C1 = 1,4486
C3 = 591,95
C2 = 0,25892
C4 = 0,2529
Nilai densitas asam asetat 100% dapat dihitung sebagai berikut. 𝜌A,100%
=
1,4486 1+(1−301,15) 591,95 0,25892
0,2529
= 17,3008 mol/dm3 . 60 gram/mol . 1dm3/1L . 1L/103 mL = 1,0380 gram/mL Untuk asam asetat dengan kadar 50% (perbandingan 1:1), nilai densitasnya dapat dihitung sebagai berikut. 𝜌A,50% = (0,50 . 𝜌B,100%) + (0,50 . 𝜌E) = (0,50 . 1,0380 gram/mL) + (0,50 . 1,0000 gram/mL) = 1,0190 gram
/ mL
Setelah densitas asam asetat 50% diketahui, nilai nEo dapat diperoleh dengan perhitungan berikut.
nEo = (
𝑔𝑟𝑎𝑚 𝑚𝐿 𝑔𝑟𝑎𝑚 1,0190 𝑚𝐿
0,0244 𝑚𝑜𝑙 . 60
= 3,1909 mol
+ 200𝑚𝐿(1 − 72,00%)) (
𝑔𝑟𝑎𝑚 𝑚𝐿 𝑔𝑟𝑎𝑚 18 𝑚𝐿
1,0000
)
12. Konversi setimbang teoritis Konversi setimbang teoritis dapat dihitung menggunakan persamaan (20). Namun nilai nAe harus dihitung terlebih dahulu dengan persamaan (21). Sedangkan konstanta kesetimbangan reaksi pada persamaan (22) dapat dicari terlebih dahulu dengan persamaan (23). Nilai K1 terlebih dahulu dicari dengan persamaan (24). Berdasarkan sumber referensi (Atkins, 2006) didapatkan data energi Gibbs untuk tiap senyawa pada suhu referensi 298K sebagai berikut: ΔfGo CH3COOH (l)
: -389900 J/mol
ΔfGo CH2CH3OH (l)
: -174780 J/mol
ΔfGo CH3COOCH2CH3(l) : -332700 J/mol ΔfGo H2O (l)
: -237130 J/mol
Dengan data diatas, dapat dihitung energi Gibbs reaksi sebagai berikut. Persamaan reaksi esterifikasi asam asetat : CH3COOH (l) + CH2CH3OH (l)
CH3COOCH2CH3(l) + H2O (l)
ΔfGo total = ΔfGo produk - ΔfGo reaktan = (-322700J/mol + (-237130J/mol)) – (-389900 J/mol + (-174780 J/mol) = - 5150 J/mol Setelah energi Gibbs reaksi diketahui, dapat dihitung nilai K1 dengan persamaan (24) sebagai berikut. ln (K1) =
− ΔG° 𝑅 𝑇𝑟
K1 = exp (
− (−5150
𝐽 ) 𝑚𝑜𝑙
𝐽 . 𝑚𝑜𝑙𝐾
−(8,314
)
(298𝐾)
= 7,9936 Berdasarkan sumber referensi (Atkins, 2006) didapatkan data ΔHr untuk tiap senyawa pada suhu referensi 298K sebagai berikut : ΔHr CH3COOH (l)
: -484500 J/mol
ΔHr CH2CH3OH (l)
: -277690 J/mol
ΔHr CH3COOCH2CH3(l) : -479000 J/mol ΔHr H2O (l)
: -285830 J/mol
Sehingga entalpi reaksi esterifikasi asam asetat sebesar: ΔHr total = ΔHr produk - ΔHr reaktan = (-285830J/mol + (-479000J/mol)) – (-484500 J/mol + (-277690 J/mol) = - 2640 J/mol Persamaan (23) menjadi : ln (7,9936) – ln (K2) =
𝐽 𝑚𝑜𝑙 𝐽 8,314 𝑚𝑜𝑙𝐾
−2640
1
1
𝑇
298𝐾
.( −
)
Nilai T adalah rata-rata suhu reaksi : T =
342,15+343,15+341,15+343,15+343,15+343,15+343,15 7
K
= 342,72 K Sehingga : ln (7,9936) – ln (K2) =
𝐽 𝑚𝑜𝑙 𝐽 8,314 𝑚𝑜𝑙𝐾
−2640
.(
1 342,72
−
1 298
)K
ln (K2) = 1,9396 K2 = 6,9560 Nilai K2 kemudian disubstitusikan ke persamaan (21) sebagai berikut. 6,9560 = 6,9560 =
𝑛𝐴𝑒(3,1909+𝑛𝐴𝑒) (0,0244−𝑛𝐴𝑒)(2,3261−𝑛𝐴𝑒) 3,1909𝑛𝐴𝑒+𝑛𝐴𝑒² 0,0568−2,3505 𝑛𝐴𝑒+𝑛𝐴𝑒²
0,3951 – 16,3501 nAe + 6,9560 nAe2 = 3,1909 nAe + nAe2 5,9560 nAe2 – 19,5410 nAe + 0,3951 = 0
nAe =
−(−19,5410)± √(19,5410)2 −4(5,9560)(0,3951) 2(5,9560)
nAe,1 = 3,2605 mol nAe,2 = 0,0203 mol Nilai konversi setimbang teoritis dapat dihitung dengan persamaan (20) sebagai berikut. XAe
=
0,0203 𝑚𝑜𝑙 0,0244 𝑚𝑜𝑙
x 100%
