LABORATORIUM SATUAN PROSES SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2013/2014
MODUL
: Reaksi Nitrasi (Pembuatan α-Nitronaftalene)
PEMBIMBING
: Ir. Endang Kusumawati, MT
Tanggal Praktikum : 10 Desember 2013 Tanggal Penyerahan Penyerahan : 17 Desember 2013 (Laporan)
Oleh
:
Kelompok
:
VI
Nama
:
1. Nurul Fathatun
,121424023
2. Pria Gita Maulana ,121424024 3. Reni Swara M
Kelas
:
,121424026
2A
PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH
JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2013
I.
JUDUL PRAKTIKUM Reaksi Nitrasi (pembuatan α-nitronaftalene)
II.
TUJUAN PERCOBAAN
III.
a.
Memahami karakteristik reaksi nitrasi dan penanganannya yang tepat.
b.
Melakukan tahapan – tahapan proses nitrasi.
c.
Mengidentifikasi produk nitrasi melalui pengukuran titik leleh.
DASAR TEORI
Nitrasi adalah proses memasukan satu atau lebih gugus nitro atau nitril ion ke dalam senyawa organic atau bahan baku yang digunakan, biasanya adalah senyawa hidrokarbon. Nitrasi merupakan salahsatu proses yang paling penting di industri sintesa senyawa organic. Produk-produk nitrasi dipakai secara luas sebagai solvent (nitroparafin), pewarna tekstil (α nitronaftalene), farmasi, bahan vernis atau coating (nitro selullosa) dan bahan peledak (TNT) dan untuk meningkatkan bilangan cetane pada bahan bakar diesel (tetranitromethane). Selain itu produk nitrasi digunakan juga sebagai senyawa intermediet untuk membuat produk lain. Pada proses nitrasi, gugus nitro (NO 2+) dapat terikat pada atom C sehingga membentuk senyawa nitroaromatik atau nitroparafinik. Gugus nitro yang terikat pada atom O membentuk senyawa nitrat ester sedangkan gugus nitro yang terikat pada atom N membentuk senyawa nitroamina atau nitroamida. Reagen yang dapat digunakan sebagai nitrating agents reaksi nitrasi adalah asam nitrat dalam bentuk fuming, concentrated atau larutan encer, campuran asam (mixed acid) asam nitrat dan asam sulfat, asam nitrat dan asam fosfat, asam nitrat dan asam asetat anhidrid, asam nitrat dan chloroform, nitrogen pentaoksida (N 2O5) dan nitrogen tetraoksida (N 2O4) digunakan untuk nitrasi pada fasa gas. Naftalen (C10H8) merupakan senyawa hidrokarbon aromatik polisiklik berbentuk kristal tak berwarna dengan titik leleh 80 oC. Naftalen adalah molekul datar dengan dua cincin benzene yang melebur (berfusi), kedua cincin menggunakan bersama dua atom karbon. Nitrsi naftalen menjadi α-nitronaftalen dengan menggunakan nitrating agent campuran asam (mixed acid) merupakan reaksi subtitusi elektrofilik dengan mekanisme reaksi
:
1. H-O-NO2
+
H-O-SO-OH O
2. H-O+-NO2
+
H-O+-NO2 + HSO4H
HSO4-
NO2+ + HSO4- + H3O+
H H NO2 3.
+
H
NO2+
NO2
4.
NO2 +
HSO4-
+ H2SO4
H2SO4 +
NO2
HNO3
Naftalen
+ H2O α-nitronaftalen
Tahan 1 dan tahap 2 merupakan tahap pembentukan nitril ion. Pada konsentrasi H2SO4 84 - 94%, persentasi ionisasi HNO 3 berada pada rentang 40 – 90%. Semakin tinggi konsentrasi H2SO4 yang digunakan semakin besar pula persentasi proses ionisasi HNO3. Komposisi mixed acid (concentrated acid) yang disarankan untuk reaksi nitrasi naftalen adalah H2SO4 59,5%, HNO 3 15,85%, H 2O 24,6% dengan rasio massa HNO3 terhadap massa bahan baku ( R ) = 1. Nilai R tergantung pada jenis bahan baku yang digunakan. Pada akhir reaksi akan terbentuk molekul air, sehingga akan mengencerkan campuran asam dan mengurangi laju pembentukan nitril ion. Reaksi nitrasi adalah reaksi eksoterm sehingga pendinginan dan pengadukkan sangat diperlukan. Produk yang dihasilkan memiliki persentase yield sebesar 95% dengan kandungan nitronaftalene, beberapa naftalen yang tidak bereaksi dan sedikit asam sisa (Groggins, 1958). Faktor yang mempengaruhi proses nitrasi adalah : 1. Komposisi mixed acid Yaitu campuran asam nitrat dan asam sulfat yang merupakan nitrating agent. Campuran ini menentukan keefektipan reaksi nitrasi dalam menghasilkan yield
produk yang maksimum. Nilai komposisinya akan tergantung pada kondisi operasi dan peralatan nitrasi yang digunakan. 2. Rasio Asam nitrat ( R ) Adalah perbandingan massa asam nitrat terhadap masa bahan baku nitrasi. Nilai ini menentukan jumlah nitril ion yang harus tersedia agar semua bahan baku dapat terkonversi secara optimal. 3. Konsentrasi asam sulfat Semakin tinggi konsentrasi asam sulfat yang digunakan maka akan semakin besar proses ionisasi asam nitrat, artinya pembentukan nitril ion akan maksimal. 4. DVS (dehydratingvalue of sulfuric acid) Adalah perbandingan antara asam sulfat dengan air yang ada di akhir proses nitrasi. Nilai DVS dari proses nitrasi naftalene adalah 2,04. (Groggins, 1958)
IV.
ALAT DAN BAHAN Alat yang digunakan: •
Hot plate 1 buah
•
Termometer
•
Gelas kimia 500 ml 2 buah
•
Pipet ukur
•
Gelas kimia 250 ml 1 buah
•
Corong kaca
•
Erlenmeyer 100 ml 2 buah
•
Corong buchner 1 unit
•
Pengaduk gelas 1 buah
•
Gelas ukur 100 ml 1 buah
•
Stirer magnetik 1 buah
•
Pipet ukur 10 ml 2 buah
•
Statif dan penjepit 2 pasang
•
Aquades 100 mL
Bahan yang digunakan: •
Naftalene 5 gram
•
H2SO4 98% 8,8 ml
•
Etanol 98 % , 25 mL
•
HNO3 65% 5,5 ml
•
Kertas saring
•
H2O (aquadest) 10,7 ml
V.
PROSEDUR KERJA
VI.
DATA PENGAMATAN Tabel Persiapan Bahan Naftalen (C10H8) H2O H2SO4 (98%) HNO3 (65%) α-Nitronaftalene
Berat/Volume 5 gram 10,7 ml 8,8 ml 5,5 ml
Berat Jenis 1,162 gram/ml 1,00 gram/ml 1,84 gram/ml 1,41 gram/ml 1,223 gram/ml
Titik Leleh 80,2°C
-35°C -32°C 59-61°C
VII. PENGOLAHAN DATA 1. Data Hasil Percobaan Sebelum Pemurnian
Berat kertas saring kosong
= 1,2 gram
Berat kertas saring + produk
= 7,01 gram
Berat sampel
= 7,01 gram – 1,2 gram = 5,81 gram
2. Data Hasil Percobaan Setelah Pemurnian
Berat gelas kimia kosong
= 63,71 gram
Berat gelas kimia + produk
= 68,63 gram
Berat sampel
= 68,63 gram – 63,71 gram = 4,92 gram
3. Perhitungan Stoikiometri
n Naftalen (C10H8) = =
/
= 0,039 mol
nH2SO4
= = =
, /
= 1,652 mol
.
nHNO3
= = =
, /
,
= 1,231 mol
Mekanisme Reaksi : HNO3 +
H2SO4
Mula – mula
1,231
1,652
Bereaksi
1,231
1,231
1,231
1,231
-
0,421
1,231
1,231
Sisa
+
(2)
H2NO3 + HSO4
Mula –mula
1,231
1,231
Bereaksi
1,231
1.231
-
-
Sisa
(3)
Naftalen (C10H8)
+
H2NO3
+
(1)
-
NO2
+
+ HSO4
1,231
1,231
1,231
1,231
1,231
1,231
+ H3O
C10H8NO2
Mula –mula
0,039
1,231
Bereaksi
0,039
0,039
0,039
-
1,192
0,039
Sisa
(4)
C10H8NO2 +
HSO4
-
-
+
NO2
+
+ HSO4
C10H7NO2 + H2SO4
Mula –mula
0,039
1,231
Bereaksi
0,039
0,039
0,039
0,039
1,192
0,039
0,039
Sisa
-
massa teoritis α-nitronaftalen (C10H7 NO2)
= 0.039 173 = 6,747 gram
massa percobaan α-nitronaftalen (C10H7 NO2) = 4,92 gram
-
yield
= =
() () , ,
100%
100%
= 72,92 %
Perbandingan Titik Leleh Produk Dengan Titik Leleh α-nitronaftalene Pada Literatur Titik Leleh α-nitronaftalene
Titik Leleh α-nitronaftalene (Pada
(Percobaan)
Literatur)
52,6°C
59-61°C
VIII. PEMBAHASAN Oleh: Nurul Fathatun (121424023)
Praktikum kali ini adalah reaksi nitrasi (pembuatan α-nitronaftalene), tujuan dari praktikum ini yaitu, memahami karakteristik reaksi nitrasi dan penanganannya yang tepat, melakukan tahapan – tahapan proses nitrasi, serta mengidentifikasi produk nitrasi melalui pengukuran titik leleh. Nitrasi adalah proses memasukkan satu atau lebih gugus nitro/nitril ion (NO 2+) ke dalam senyawa organik atau bahan baku yang digunakan. Senyawa organik yang digunakan pada percobaan kali ini adalah naftalen yang merupakan hidrokarbon kristalin aromatik berbentuk padatan berwarna putih dengan rumus molekul C 10H8 dan berbentuk dua cincin benzena yang bersatu. Senyawa ini bersifat volatil, mudah menguap walau dalam bentuk padatan dan uap yang dihasilkan bersifat mudah terbakar. Sedangkan reagen yang digunakan sebagai nitrating agents adalah campuran asam dingin (mixed acid) asam nitrat dan asam sulfat. Reaksi nitrasi merupakan reaksi eksotermis, sehingga campuran asam yang digunakan merupakan campuran asam dingin. Karena percobaan ini menggunakan bahan-bahan asam yang pekat dan berbahaya maka proses dilakukan pada lemari asam serta selain menggunakan jas lab, praktikan harus menggunakan sarung tangan dan google.
Langkah pertama yang dilakukan adalah menyiapkan bahan-bahan dan menyiapkan juga merangkai alat (reaktor). Langkah selanjutnya membuat campuran asam dingin dalam erlenmeyer yang diletakkan pada penangas es, urutan penuangan pembuatan asam dingin yaitu air (H2O), asam sulfat (H2SO4) 98%, dan kemudian asam nitrat (HNO3) 65%. Selanjutnya memasukkan 5 gram naftalena ke dalam reaktor (erlenmeyer yang diletakkan di atas penangas air). Kemudian sedikit demi sedikit campuran asam dingin yang telah dibuat diteteskan ke dalam reaktor yang telah berisi 5 gram naftalena tadi. Pada saat pertama kali diteteskan campuran di reaktor berubah warna dari semula warna putih (warna naftalena) menjadi orens. Ini menunjukkan bahwa naftalena mulai beraksi dengan campuran asam dingin. Pencampuran ini merupakan reaksi substitusi elektrofilik, pada tahap ini terjadi perpindahan proton (muatan positif) dari suatu molekul asam nitrat ke molekul lainnya (naftalen). Pada tahap kedua, nitril ion yang terbentuk akan menyerang/ menggantikan suatu gugus senyawa organik, pada umumnya adalah H+. Suhu dijaga pada rentang 35-50°C. Dan setelah semua campuran asam dingin habis kemudian suhu dinaikkan dan dijaga pada rentang 65-70°C, serta dilakukan pengadukan agar asam dingin cepat bereaksi dengan naftalena, kondisi operasi ini dijaga selama selama 1 jam. Adapun reaksi keseluruhan yang terjadi pada proses ini adalah: H2SO4 +
NO2
HNO3
Naftalen
+ H2 O α-nitronaftalen
Setelah 1 jam, kemudian dilakukan pendinginan hingga mencapai suhu 30-50°C, sehingga dapat terbentuk kristal. Selanjutnya dilakukan proses penyaringan untuk memisahkan kristal yang terbentuk dari campuran. Langkah selanjutnya adalah pemurnian produk, kristal yang diperoleh dari proses penyaringan kemudian dilarutkan kembali dalam 100 ml air mendidih. Ini bertujuan untuk menghilangkan sisa asam yang tertinggal. Selanjutnya residu (α-nitronaftalena kotor) yang diperoleh didiamkan pada suhu kamar selama 24 jam. Kemudian α-nitronaftalena kotor yang telah dikeringkan pada suhu kamar dilarutkan kembali dalam 25 ml etanol 96%, ini bertujuan untuk pemurnian produk dari
naftalena sisa yang tidak beraksi. Pada proses pencampuran ini dilakukan pengadukan agar cepat tercampur. Setelah semuanya tercampur kemudian larutan disaring kembali, untuk menghilangkan padatan pengotor yang ikut tercampur. Selanjutnya campuran etanol-produk yang telah disaring didiamkan selama 48 jam hingga terbentuk produk αnitronaftalena, α-nitronaftalena berbentuk seperti jarum dan berwarna orens. Selanjutnya dilakukan pengujian titik leleh terhadap produk yang telah diperoleh. Titik leleh dari produk yang dihasilkan adalah sebesar 52,6°C, sedangkan pada literatur titik leleh α-nitronaftalena adalah 59-61°C, ini menunjukkan bahwa produk yang dihasilkan dari percobaan belum murni α-nitronaftalena, masih ada pengotor lain yang tercampur. Yield dari hasil percobaan ini adalah 72,92 %.
Oleh: Pria Gita Maulana (121424024)
Oleh: Reni Swara Mahardika (121424026)
IX.
KESIMPULAN
X.
DAFTAR PUSTAKA
