LAPORAN PRAKTIKUM SINTESIS -NITRONAFTALEN
α
Disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Sintesis Organik Anorganik Pembimbing : Retno Indarti Ir.MT.
Kelompok 6 Risky Febiayu Eldiana
161411053
Selina Afriani
161411054
Selly Cahyani
161411055
Servio Galih Purnomoaji
161411056
Tanggal Percobaan : 27 April 2017 Tanggal Penyerahan : 4 Mei 2017
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG TEKNIK KIMIA - D3 ANALIS KIMIA Tahun Ajaran 2016-2017
A. TUJUAN Setelah melakukan percobaan ini mahasiswa diharapkan mampu : 1. Memahami karakteristik reaksi nitrasi dan penanganannya yang tepat 2. Melakukan tahapan – tahapan proses nitrasi 3. Mengidentifikasi produk nitrasi melalui pengukuran titik leleh
B. DASAR TEORI +
Nitrasi adalah proses memasukkan satu atau lebih gugus nitro/nitril ion (NO2 ) ke dalam senyawa organic atau bahan baku yang digunakan. Produk nitrasi dipakai secara luas sebagai solvent (nitroparafin), pewarna tekstil (α-nitronaftalen), farmasi, bahan vernis/coating (nitro sellulosa) dan bahan peledak (trinitrotoluen/TNT) dan untuk meningkatkan bilangan cetane pada bahan bakar diesel (tetranitrometana). Proses nitrasi biasanya dilakukan pada suhu dan tekanan yang cukup tinggi, waktu dan reaksi dan purifikasi lama, dan biasa melibatkan bahan baku berbasis petroleum yang bersifat racun dan karsinogenik. Pada praktikum kali ini, naftalen dipilih karena tergolong senyawa organic yang relative aman. Tidak ada penelitian yang menunjukkan sifat karsinogenik naftalen pada manusia. Hasil penelitian IARC (The International Agency for Research of Cancer) menunjukkan bahwa naftalen menunjukkan sifat karsinogenik terhadap hewan. Kondisi ini cukup aman untuk diaplikasikan pada skala lab. Nitrasi naftalen berlangsung pada suhu 35 - 75°C, tekanan 1 atm, dan waktu proses 1 jam. +
Pada 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 (N2O5) dan nitrogen tetraoksida (N 2O4) digunakan untuk nitrasi pada fasa gas. Naftalen (C10H8) merupakan senyawa hidrokarbon aromatik polisiklik berbentuk o
kristal tak berwarna dengan titik leleh 80 C. 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 :
O 1. H-O-NO2
+
H-O-SO-OH O
+
2. H-O -NO2
+
-
+
H-O -NO2 + H2SO4 H
-
+
H2SO4
NO2 + H2SO4 + H3O H NO2
H 3.
+
NO2
+
H 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 HNO 3 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. Faktor – faktor yang mempengaruhi proses nitrasi adalah: 1. Komposisi campuran asam Campuran asam nitrat dan asam sulfat (mixed acid) merupakan nitrating agent yang menentukan keefektifan reaksi nitrasi dalam menghasilkan yield produk yang maksimum. Nilai komposisi ini tidak selalu sama tetapi tergantung pada kondisi operasi dan peralatan nitrasi yang digunakan sehingga diperlukan adanya penelitian awal. 2. HNO3 Ratio (R) Nilai R adalah perbandingan massa HNO3 terhadap massa bahan baku nitrasi. Nilai ini menentukan jumlah nitril ion (NO2+) yang harus tersedia agar semua bahan baku dapat terkonversi secara optimal. 3. Konsentrasi Asam Sulfat Semakin tinggi konsentrasi asam sulfat maka proses ionisasi asam nitrat akan semakin besar, artinya pembentukan ion nitril (NO2 +) akan maksimal. 4. D.V.S. (Dehydrating Value of Sulfuric Acid)
D.V.S. adalah perbandingan antara asam sulfat dengan air yang ada di akhir proses nitrasi. Nilai D.V.S dari proses nitrasi naftalen dapat dihitung dengan persamaan berikut:
D.V.S = +
C.
ALAT DAN BAHAN
Alat 1. Reaktor
8. Selang silicon
2. Penangas es
9. Labu Erlenmeyer
3. Kondensor
10. Gelas ukur
4. Tabung CaCl 2
11. Pipet ukur
5. Termometer
12. Corong kaca
6. Motor pengaduk
13. Corong tetes
7. Pengaduk gelas
Bahan 1. Naftalen 2. H2SO4 98% 3. HNO3 65% 4. Aquadest 5. Etanol 98%
D.
PROSEDUR PERCOBAAN A. Pembuatan Campuran Asam Memasang Erlenmeyer 100mL dalam penangas es dan air, ditahan dengan menggunakan klem dan statif
Membuat campuran asam dingin dalam Erlenmeyer dengan memasukkan bahan sesuai urutan Aquadest, H2SO4, terakhir HNO3. Masukkan dalam corong tetes
B. Nitrasi
Menimbang 5g naftalen dimasukkan dalam reaktor. Mengoperasikan kondensor dan pengaduk pada kecepatan 125 – 150 rpm
Meneteskan campuran asam dingin dalam corong tetes ke dalam reaktor penangas air. Suhu dijaga rentang 35 - 50°C.
Setelah semua campuran asam habis, suhu dinaikkan dijaga pada rentang 65 – 70°C, aduk selama 1 jam
Hentikan pengadukan biarkan selama 15 menit sehingga terpisah antara α nitronaftalen dan sisa asam (spent acid)
Mendinginkan campuran reaksi hingga suhu 30 – 50°C (terbentuk kristal αnitronaftalen) sampai terbentuk kurang lebih selama 15 menit
Menyaring kristal nitronaftalen yang terbentuk
C. Pemurnian Produk 1. Pemurnian sisa asam Melarutkan produk α-nitronaftalen kotor dalam air yang mendidih (100mL) untuk menghilangkan sisa asam
Menyaring kembali pada kertas saring yang sudah ditimbang. Diamkan selama 24 jam pada suhu 25°C
2. Pemurnian dari naftalen sisa
Melarutkan produk α-nitronaftalen pada 25mL larutan Etanol 96%
Melakukan pengadukan dengan batang pengaduk selama 5 menit
Menyiapkan gelas kimia 50mL yang sudah ditimbang untuk menampung nitronaftalen yang terlarut dalam Etanol 96%
Menyaring padatan pengotor dengan kertas saring yang sudah ditimbang
Mendiamkan gelas kimia yang berisi nitronaftalen terlarut selama 48 jam pada suhu 25°C
Menguji titik lelehnya. Titik leleh α-nitronaftalen adalah 59 - 61°C
B. DATA PENGAMATAN 1. Persiapan Bahan
Berat/Volume
Konsentrasi
Berat Jenis
Naftalen (C 10H8)
5 gram
-
1,14 g/cm
H2O
5,5 mL
-
1 g/cm
H2SO4
13,5 mL
98 %
1,84 g/cm
HNO3
3,5 mL
65 %
1,503 g/cm
4,07 gram
-
1,33 g/cm
-Nitronaftalen
3
Titik Leleh o
80,26 C
3
o
0 C 3
10 C
o
3
-42 C
3
59 – 61 C
o
2. Identifikasi Titik Leleh Titik Leleh Produk yang terbentuk
Titik Leleh pada literatur
59-61 ºC
o
F. PENGOLAHAN DATA A. Perhitungan Persen Massa Komposisi Campuran Asam Nilai R (massa HNO3 : massa Naftalen) = 1
HNO3 65% = 1,41g/mL 0,65 × 1,41/ = 0,9165g/mL H2SO4 98% = 1,84g/mL
0,98 × 1,84/ = 1,8032g/mL
Massa HNO3 = 1 × 5 = 5g
H2SO4 = 50% ; HNO 3 = 15,85% ; H 2O = 34,15% Volume HNO3=
Massa H2SO4 =
Massa H2O
=
,/
= 5,5mL
% × , = 15,8g Volume H2SO4 = = 8,8mL ,% ,2/ ,% × ,%
=10,17g Volume H 2O =
B. Reaksi Keseluruhan: C10H8 +
HNO3
M
0,0391
0,0800
R
0,0391
0,0391
S
-
0,0409
n C10H8 =
2/
n HNO3 =
,
C10H7 NO2
+
H2O
0,0391
0,0391
= 0,0391 mol
× ,
/
= 0,08 mol
m C10H7 NO2 = 0,0391 × 173/ = 6,7643g C. Perhitungan Yield %Yield
=
=
− − , ,
= 8,6%
100%
100%
, /
= 10,17mL
G. PEMBAHASAN
Selly Cahyani Pada praktikum kali ini kami melakukan percobaan Nitrasi yaitu pembuatan α-
Nitroaftalen dengan mereaksikan naftalen dengan mixed acid sebagai nitrating agent. Sebelumnya kami menyiapkan alat dan bahan yang sesuai dengan kebutuhan. Kemudian langkah pertama kami membuat mixed acid dengan komposisi H 2SO4 98%8,8 mL, HNO3 65% 5,5 mL, dan Aquadest 10,7 mL dengan rasio masa dengan rasio massa HNO 3 terhadap massa bahan baku R = 1. H 2SO4 digunakan untuk proses ionisasi HNO 3 ( pembentukan nitril ion). Semakin tinggi konsentrasi H2SO4 yang digunakan, maka semakin besar pula persentasi proses ionisasi HNO3. Reaksi campuran H2SO4, HNO3, dan Aquades ini kemudian membentuk larutan yang berwarna bening. Reaksi ini bersifat eksoterm sehingga harus dimasukan kedalam es dan pengerjaannya dilakukan di dalam lemari asam. Pastikan alat sudah terpasang dengan benar. Setelah itu, campuran mixed acid sedikit demi sedikit ditambahkan kedalam 5 gram naftalen yang sudah tersedia dalam reaktor. Saat pemindahan mixed acid kedalam reaktor suhu harus berada pada sekitar 3550℃. Proses ini dilakukan diatas penangas air dan dalam lemari asam. Setelah semua tercampur dilakukan pengadukan dengan magnetik stirrer dengan kecepatan 125 – 150 rpm untuk melarutkan campuran. Suhu pada saat pengadukan yaitu sekitar 65-70 ℃ selama 60 menit. Ketika dilakukan pengamatan, terlihat larutan berubah warna dari warna bening menjadi orange. Setelah itu larutan didiamkan selama 15 menit untuk pendinginan dan pemisahan antara α-Nitronaftalen dengan sisa asam yang berlebih. Kemudian larutan disaring dan residu hasil penyaringan di re-kristalisasi dengan melarutkannya kedalam 100 mL Aquades. Hal ini bertujuan untuk membilas sisa asam yang masih tersisa agar hilang. Setelah semua padatan larut, dilakukan penyaringan kembali dan rsidu yang di dapat dikeringkan selama 24 jam. Setelah kering dilakukan pemurnian kembali dengan rekristalisasi, endapan dilarutkan dalam 25mL etanol 96% dan didiamkan selama 48 jam untuk mengkristal secara sempurna. Kemudian dilakukan uji titik leleh. Dari hasil praktikum didapatkan α-Nitroaftalen yang terbentuk sebanyak 0,58 gram. Sedangkan menurut perhitungan teoritis seharusnya mencapai 6,7643 gram dengan %yield sebesar 8,6%. Hal ini sangat jauh dengan teori dan bisa dikarenakan kemurnian dari naftalen yang dipakai terkontaminasi oleh zat lain atau pada saat reaksi berlangsung naftalen tidak larut sempurna. Adapun titik leleh yang kami dapat sebes ar
Servio Galih Purnomoaji (161411056) Pada praktikum ini dilakukan percobaan pembuatan α-Nitronaftalen dengan metoda
nitrasi dengan tujuan memahami karakteristik reaksi nitrasi dan penanganannya yang tepat, melakukan tahapan – tahapan nitrasi, mengidentifikasi produk nitrasi melalui pengukuran titik leleh. Senyawa hidrokarbon yang digunakan adalah naftalen dan ion nitrat berasal dari campuran asam antara air, asam sulfat dan asam nitrat. Pada percobaan ini digunakan penangas es pada saat pembuatan campuran asam yang terdiri dari campuran asam sulfat dan asam nitrat. Karena reaksi ini terjadi sangat eksoterm maka untuk mengendalikan panas yang dihasilkan, digunakan penangas es agar reaksi dapat terkendali. Penangas air juga digunakan pada saat pencampuran naftalen dengan campuran asam untuk menjaga panas yang dihasilkan agar tidak terlalu panas karena reaksinya berlangsung sangat eksoterm. Pastikan rangkaian alat sudah benar dan jangan lupa gunakan vaselin pada setiap penyambungan alat agar alat mudah dibongkar pasang. Pada saat pencampuran naftalen dengan campuran asam yang telah dibuat, dilakukan pencampuran sedikit demi sedikit agar pencampuran merata. Setelah semua tercampur dilakukan pengadukan dengan magnetik stirrer dengan kecepatan 125 – 150 rpm untuk melarutkan campuran. Setelah semua campuran asam dingin telah habis, dilakukan pemanasan untuk menjaga suhu pada suhu optimum reaksi sekitar 65- 70°C, sambil dilakukan pengadukan selama 60 menit. Setelah itu didiamkan selama 15 menit untuk menunggu pemisahan antara α Nitronaftalen dengan sisa asam yang berlebih. Kemudian dilakukan penyaringan untuk memisahkan padatan dan cairan yang terbentuk pada campuran. Residu dari hasil penyaringan tersebut di re-kristalisasi dengan melarutkannya dalam air mendidih sebanyak 100mL. Hal ini bertujuan untuk membilas sisa asam yang masih tersisa agar hilang. Setelah semua padatan larut semua, dilakukan penyaringan kembali dan residu yang didapat dikeringkan selama 24 jam pada suhu ruang untuk dikristalisasi. Setelah kering dilakukan pemurnian kembali dengan re-kristalisasi, endapan dilarutkan dalam 25mL etanol 96% dan didiamkan selama 48 jam untuk mengkristal secara sempurna. Kemudian dilakukan uji titik leleh.
H. KESIMPULAN 1. Nitrasi merupakan reaksi penambahan ion nitrat pada senyawa hidrokarbon 2. Tahapan proses nitrasi adalah dengan mencampurkan senyawa hidrokarbon dengan ion nitrat yang didapat dari campuran asam sulfat dan asam nitrat o
3. Yield yang didapat adalah sebesar 8,6% dan titik le lehnya C
I. DAFTAR PUSTAKA “Modul Praktikum Satuan Proses 2”.Bandung : Politeknik Negeri Bandung
LAMPIRAN
