Laporan Praktikum Satuan Proses II
REAKSI NITRASI PEMBUATAN α- NITRONAFTALEN Dosen Pembimbing
:
Ir. Retno Indarti, MT
Tanggal Praktikum
:
Senin, 19 November 2012
Tanggal Pengumpulan :
Senin, 3 Desember 2012
Kelas
:
2A-TKPB
Kelompok
:
1
Nama
NIM
Andreas Apriadi S.
111424001
Arini Hasya Millati
111424002
Audia Wira Rachmadi
111424003
Dewi Anggini
111424004
D-IV Teknik Kimia Produksi Bersih Jurusan Teknik Kimia
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012/2013
REAKSI NITRASI PEMBUATAN α- NITRONAFTALEN
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Nitrasi adalah proses memasukkan satu atau lebih gugus nitro/nitril ion (NO2+) ke dalam senyawa organik atau bahan baku yang digunakan. Nitrasi merupakan salah satu proses yang paling penting di industri sintesa senyawa organik. Produk-produk nitrasi dipakai secara luas sebagai solvent (nitroparafin), pewarna tekstil (α-nitronaftalen), farmasi, baha vernis/coating (nitroselullosa) dan bahan peledak (trinitrotoluen/TNT) dan untuk meningkatkan bilangan cetane pada bahan bakar diesel (tetranitromethane). Selain itu produk nitrasi digunakan pula sebagai senyawa intermediat untuk membuat produk lain.
1.2 Tujuan 1. Memahami karakteristik reaksi nitrasi dan penanganannya yang tepat 2. Melakukan tahapan-tahapan proses nitrasi 3. Mengidentifikasi produk nitrasi melalui pengukuran titik leleh
II. LANDASAN TEORI Gugus nitro (NO2+) 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 (N2O4) digunakan untuk nitrasi pada fasa gas. Naftalen (C10H8) merupakan senyawa hidrokarbon aromatik polisiklik berbentuk kristal tak berwarna dengan titik leleh 800C. Naftalen adalah molekul datar dengan dua cincin benzen yang melebur (berfusi), kedua cincin menggunakan bersama dua atom karbon. Nitrasi naftalen menjadi αnitronaftalen dengan menggunakan nitrating agent campuran asam (mixed acid) merupakan substitusi elektrofilik dengan mekanisme reaksi :
O 1. H-O-NO2 + H-O-S-O-H
⟶
O 2. H-O+-NO2 + H2SO4
H-O+-NO2 + HSO4H
⟶ NO2+ + H3O+ + HSO4-
H H + NO2+
3.
4.
NO2
⟶
HNO2
NO2 + HSO4-
⟶
+ H2SO4
NO2 + HNO3
H2SO4 ⟶
+ H2O
Naftalen
Tahap 1 dan tahap 2 merupakan tahap pembentukan nitril ion. Pada konsentrasi H2SO4 8494%, persentasi ionisasi HNO3 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%, HNO3 15,85%, H2O 24,60% dengan rasio massa HNO3 terhadap massa bahan baku (R) = 1. Nilai R bergantung 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 pengadukan sangat diperlukan. Nitronaftalen adalah senyawa kimia organik , nitro turunan naftalena. Senyawa ini tidak larut dalam air tetapi larut dalam etanol dan eter. Hal ini digunakan dalam industri pewarna, terutama untuk produksi 1-naphthylamine , dan sebagai aditif untuk minyak mineral untuk menutupi mereka fluoresensi. Diperoleh dengan nitrasi naftalen.
III. PERCOBAAN 3.1 Alat dan Bahan yang Digunakan Alat
Bahan
Hot plate 1 buah Gelas kimia 500 ml 2 buah Gelas kimia 250 ml 1 buah Erlenmeyer 100 ml 2 buah Pengaduk gelas 1 buah Stirer magnetik 1 buah Statif dan penjepit 2 pasang
Naftalen 5 gram H2SO4 pekat 13,5 ml HNO3 pekat 3,5 ml H2O (Aquadest) 5,5 ml Air panas 50 ml
3.2 Flowsheet Kerja Rangkai Alat - Mixed Acid dalam penangas es
-
Pembuatan α-nitronaftalen dalam penangas air
Prosedur Kerja 5,5 mL H2O 13,5 mL H2SO4 pekat 3,5 mL HNO3 pekat
Erlenmeyer dalam penangas es
Erlenmeyer dalam penangas air
Diteteskan T = 35-50oC Pengadukan T = 35-50oC
Pemanasan dan Pengadukan T = 65-70oC t = 1 jam
5 gr Naftalen
Pendinginan dan Pengendapan T = 52-52,5oC t = ± 30 menit
Sisa asam
Kristal α-nitronaftalen
Filtrasi
Kristal α-nitronaftalen
Pelarutan
50 mL air panas
Pembentukan kristal T = 52-52,5oC
Filtrasi
Kristal α-nitronaftalen
Yield dan analisis titik leleh
IV. DATA PENGAMATAN .1 Persiapan Nama Zat
Rumus Molekul
Naftalen Aquadest Asam Sulfat 98% Asam Nitrat 70%
C10H8 H20 H2SO4 HNO3
Berat Terpakai 5g 5,5 mL 13,5 mL 3,5 mL
Massa Molekul 173 g/mol 121 g/mol 106 g/mol 40 g/mol
.2 Data Pengamatan Kualitatif Reaktan
Pengamatan Terbentuk larutan yang berwarna bening seperti pada gambar di bawah.
Asam sulfat + Asam nitrat + Air (Larutan A)
Naftalen
Kondisi Proses
- Dilakukan di lemari asam - Dilakukan dalam penangas es
Hanya padatan naftalen yang disimpan dalam Erlenmeyer 100 mL Larutan A dimasukkan ke dalam erlenmeyer yang berada dalam penangas air. Terjadi sedikit perubahan warna pada larutan B yaitu menjadi menguning.
- Dilakukan dalam lemari asam - Suhu larutan ± 45oC - Dilakukan di lemari asam - Dilakukan dengan meneteskan mixed acid (larutan A) ke dalam erlenmeyer berisi naftalen - Pelarutan dibantu dengan pengadukan secara mekanik menggunakan batang pengaduk dan magnet stirer
Larutan A + Naftalen (Larutan B) Kemudian larutan dipanaskan sambil terus diaduk. Warna larutan menjadi agak kecoklatan.
- t = ± 45 menit - T = ± 67˚C - Pengadukan menggunakan magnet stirer
Setelah dipanaskan, dinginkan larutan ini dengan cara didiamkan saja
- t = ± 30 menit
Setelah dingin ± 25˚C, saring larutan
V. PENGOLAHAN DATA Perhitungan stoikiometri
nNaftalen (C10H8)
= = = 0,039 mol
nH2SO4
= = 0,2535 mol
nHNO3
= = 0,0783 mol
Mekanisme Reaksi : (1)
HNO3
+
Mula – mula Bereaksi Sisa
0,0783 0,0783
(2) Mula –mula Bereaksi Sisa
H2NO3+ + 0,0783 0,0783
H2SO4 0,2535 0,0783 0,1752
H2SO40,0783 0,0783
H2NO3+
0,0783 0,0783
+ HSO4-
0,0783 0,0783
NO2+
+ H3O-
+ HSO4-
0,0783 0,0783
0,0783 0,0783
0,0783 0,0783
(3) Mula –mula Bereaksi Sisa
(4) Mula –mula Bereaksi Sisa
Naftalen + (C10H8) 0,039 0,039
C10H8NO2 + 0,039 0,039
NO2+
C10H8NO2
0,0783 0,039 0,0393
0,039 0,039
HSO40,0783 0,039 0,0393
massa teoritis α-nitronaftalen (C10H7NO2)
C10H7NO2
+ H2SO4
0,039 0,039
0,039 0,039
= = 6,747 gram
massa produk α-nitronaftalen (C10H7NO2)
yield = = = 85,3713 %
Titik leleh dari referensi = 59 – 60 ˚C Titik leleh berdasarkan praktikum = 60 ˚C
= 5,76 gram
VI. PEMBAHASAN Andreas Apriadi S.
111424001
Pada praktikum kali ini kami melakukan rekasi nitrasi. Nitrasi adalah proses memasukan gugus nitro kedalam suatu senyawa. Pada praktikum ini kami memasukan gugus nitro kedalam senyawa naftalen sehingga membentuk senyawa α-nitronaftalen. αnitronaftalen merupakan salah satu jenis pewarna textile. Proses pembentukan α-nitronaftalen diawali dengan pembentukan gugus nitrat (NO2+) dengan mereaksikan 13,5mL asam sulfat (H2SO4) dengan 3,5mL asam nitrat (HNO3). Reaksi tersebut membentuk senyawa nitrat (NO2+) dan senyawa bisulfat (HSO4). Reaksi yang terjadi merupakan rekasi eksoterm sehingga dibutuhkan pendinginan. Larutan yang didapatkan pada reaksi ini digunakan untuk melarutkan 5g naftalen padat. Pada pelarutan ini, senyawa naftalen bereaksi dengan gugus NO2+ dan HSO4 sehingga membentuk senyawa αnitronaftalen. Pada reaksi pelarutan tersebut , warna campuran berubah menjadi coklat. Kondisi operasi dipertahankan pada 67°C disertai pengadukan selama 30 menit. Setelah itu larutan didinginkan dan disaring, endapan yang didapat dimasukan di oven selama 1x24 jam untuk mengilangakan kadar air. Endapan yang sudah kering ditimbang untuk menghitung yield dan dianalisis. Temperature oven yang digunakan ternyata sama atau lebih dari titik leleh α-nitronaftalen sehingga endapan yang didapat menjadi meleleh didalam oven. Endapan yang meleleh tersebut didinginkan dan ditimbang, sehinga didapatkan yield sebesar 85,3713%. Sedangakan titik leleh naftalen sebesar ±60°C, sedangkan menurut literature sebesar 56°C.
Arini Hasyamilati
111424002
Praktikum ini dilakukan untuk mendapatkan α-nitronaftalen. Hal pertama yang dilakukan adalah membuat mixed acid yang terdiri dari H2SO4, HNO3 dan H2O. H2SO4 digunakan untuk proses ionisasi HNO3 (pembentukan nitril ion). Semakin tinggi konsentrasi H2SO4 yang digunakan maka semakin besar pula persentase proses ionisasi HNO3. Penambahan air pada campuran mixed acid bertujuan untuk mengencerkan H2SO4 yaitu dari konsentrasi 98% menjadi lebih dari 86% dan atau kurang dari 94%. Sebab % ionisasi HNO3 akan lebih banyak didapatkan jika H2SO4 yang digunakan tidak lebih dari 94% dan tidak kurang dari 86%, jika H2SO4 yang digunakan tidak sesuai dengan hal tersebut maka proses tidak akan berlangsung. Mixed acid berfungsi sebagai nitrating agents. Pembuatan mixed acid dilakukan dalam penangas es sebab reaksi ini bersifat eksoterm sehingga akan menimbulkan panas yang tinggi ke lingkungan. Selain itu, karena alasan eksoterm pula, pencampuran mixed acid ke dalam naftalen dilakukan dengan cara diteteskan dan suhu operasinya pun hanya berkisar 35-50oC. Mengapa dilakukan pemanasan selama 45 menit dengan suhu proses dipertahankan 65–70°C, hal itu agar terjadi reaksi sempurna antara mixed acid dan naftalen. Proses pendinginan dimaksudkan untuk pembentukan kristal, karena kristal hanya dapat terbentuk pada suhu 52–52,5 °C. Penambahan air panas pada proses ini dimaksudkan agar zat-zat pengotor dalam nitronaftalen larut dan terbuang/terpisah. Karena zat-zat pengotor tersebut dapat larut dalam air panas. Yield yang diperoleh adalah 85,3713%. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh ketidaksempurnaan reaksi nitrasi, ini juga dapat disebabkan karena terbentuknya molekul air pada saat akhir reaksi, sehingga aka mengencerkan campuran asam dan mengurangi laju pembentukan nitril ion. Kemungkinan juga karena pemanasan yang kurang baik, masih adanya naftalen yang tidak tereaksikan sehingga membuat proses nitrasinya tidak berlangsung sempurna. Titik leleh α-nitronaftalen berdasarkan percobaan adalah 60oC dan berdasarkan menurut literatur titik leleh α-nitronaftalen adalah 59-60oC. Berdasarkan data tersebut, titik leleh α-nitronaftalen hasil percobaan sudah sesuai dengan literatur.
Dewi Anggini
111424004
Praktikum kali ini, kami melakukan Reaksi Nitrasi yaitu pada pembuatan αnitronaftalen dengan mereaksikan antara naftalen dengan mixed acid sebagai nitrating agent. Sebelumnya kami menyiapkan alat dan bahan yang sesuai dengan kebutuhan. Kemudin langkah pertama kami membuat mixed acid dengan komposisi H2SO4 98% 13.5 ml, HNO3 70% 3.5 ml, dan Aquadest 5.5 ml dengan rasio massa HNO3 terhadap massa bahan baku R = 1. H2SO4 digunakan untuk proses ionisasi HNO3 (pembentukan nitril ion). Semakin tinggi konsentrasi H2SO4 yang digunakan maka semakin besar pula persentasi proses ionisasi HNO3. Reaksi campuran H2SO4, HNO3, H2O ini kemudian membentuk larutan yang berwarna bening. Reaksi ini bersifat eksoterm sehingga harus dilakukan diatas penangas es karena akan menimbulkan suhu panas yang tinggi ke lingkungan dan pengerjaannya dilakukan di lemari asam. Setelah itu, campuran mixed acid sedikit demi sedikit ditambahkan ke dalam 5 gram padatan naftalen yang sudah tersedia dalam erlenmeyer 100 ml. Saat pemindahan mixed acid ke naftalen, suhu harus berada di sekitar 35-50 0C . Sebisa mungkin air yang digunakan sesedikit mungkin karena air dapat mengencerkan H2SO4 . Proses ini dilakukan diatas penangas air dan dalam lemari asam. Ketika dilakukan pengamatan, terlihat larutan berubah warna dari bening menjadi orange. Namun secara bertahap dengan habisnya mixed acid yang diteteskan, larutan berubah warna menjadi hijau tua kehitaman, hal ini disebabkan adanya zat lain yang ikut masuk kedalam proses reaksi, adapun kecurigaan dari penggunaan H2SO4 saat pembuatan mixed acid yang telah terkontaminasi oleh zat lain, dan peralatan kimia yang digunakan pada praktikum kurang bersih sehingga α-nitronaftalen tidak terbentuk. Namun kami tetap melanjutkan praktikum ini. Kemudian larutan dipanaskan sambil terus diaduk selama 1 jam dengan suhu proses dijaga 65 – 70 °C. Pelarutan tersebut dibantu dengan pengadukan secara mekanik menggunakan batang pengaduk dan magnet stirer agar reaksi berlangsung secara homogen sehingga naftalen bereaksi sempurna, selama pengamatan larutan masih berwarna hijau tua kehitaman namun larutan makin mengental. Tetapi pemanasan tersebut tidak berlangsung selama 1 jam, pemanasan dihentikan saat ±45 menit dengan suhu konstan ±67 oC karena terjadi kesalahan teknis (listrik mati) tetapi secara fisik, naftalen sudah terlarut sempurna. Jadi proses pemanasan dihentikan. Kemudian, larutan dicuci dengan 50 mL aquadest panas untuk memisahkan spent acid. Setelah dipanaskan, dinginkan larutan ini dengan cara didiamkan saja untuk pembentukan kristal pada suhu 52 – 52,5 °C. Pendinginan dilakukan selama 30 menit. Setelah dingin ± 25˚C, dilakukan penyaringan untuk mendapatkan produk kemudian di oven dan di timbang untuk menganalisis produk. α-nitronaftalen yang terbentuk selama 3 hari dari praktikum ini adalah 5.76 gram. Sedangkan menurut perhitungan teoritis seharusnya mencapai 6.747 gram. Sehingga yield yang didapat pada praktikum ini adalah 85,3713 %. Hal ini mungkin disebabkan karena beberapa faktor diantaranya kecurigaan terhadap kemurnian naftalen yang dipakai karena terkontaminasi zat lain atau pada saat reaksi berlangsung naftaen tidak larut sempurna. Tetapi dari hasil analisis titik leleh yang kami dapat sebesar 60oC tidak jauh berbeda dengan titik leleh α-nitronaftalen dari referensi yaitu sebesar 59oC-60oC. Hal ini membuktikan
bahwa produk yang kami buat sesuai dengan produk yang diinginkan yaitu α-nitronaftalen. Dan percobaan dapat dikatakan berhasil.
VII. KESIMPULAN - Massa teoritis α-nitronaftalen (C10H7NO2) adalah 6,747 gram - Massa produk α-nitronaftalen (C10H7NO2) berdasarkan percobaan 5,76 gram - Berdasarkan hasil percobaan di atas, diperoleh yield berupa α-nitronaftalen (C10H7NO2) sebanyak 85,3713 % - Titik leleh α-nitronaftalen (C10H7NO2) 1 adalah 60oC. Berdasarkan literatur titik leleh αnitronaftalen (C10H7NO2) adalah 59-60oC
DAFTAR PUSTAKA
Fessenden, R. and J. Fessenden. 1982. “Organic Chemistry”, 2nd Edition. Massachusetts, USA: Willard Grant Press Publisher. Groggins, P. H.. “Unit Processes in Organic Synthesis”, 5th Edition, International Student Edition. Mc Graw-Hill Kogakusha, Ltd. Hart Harold, Terj. Achmadi Suminar. 1987. Kimia Organik, Suatu Kuliah Singkat”. Jakarta: Erlangga. Manfaati, Rintis. 2012. Jobsheet satuan proses POLBAN “REAKSI NITRASI”. Bandung: POLBAN.
