PEMBUATAN BAHAN PELEDAK
Nitrasi
Proses nitrasi memainkan peranan penting dalam persiapan bahan peledak, peledak, contohnya contohnya seperti seperti bahan bahan peledak peledak yang digunakan digunakan militer militer dan komersil: TNT, RDX, nitrogliserin, PETN dan lain-lain diproduksi dengan nitrasi. Nitrasi adalah reaksi kimia yang mana grup nitro N!"# dimasukkan ke dalam senya$a organik. Pada dasarnya merupakan substitusi atau reak reaksi si peng pengga gant ntii rang rangka kap p pada pada satu satu atau atau lebih lebih grup grup N!" dari dari agen agen penitrasi yang mengganti satu atau lebih grup biasanya atom hidrogen# dari senya$a yang akan dinitrasi. dinitrasi. Reaksi Reaksi nitrasi nitrasi dapat dapat dikelompo dikelompokkan kkan men%adi & kategori. Rangkuman dari teknik nitrasi untuk beberapa bahan peledak militer dan komersil ditampilkan pada Tabel ':
(ambar '. )lasi*ikasi dari komposisi bahan peledak melalui reaksi nitrasi
Tabel '. +ontoh agen penitrasi untuk pembuatan bahan peledak
Nitrogliserin
Nitrogliserin pertama kali ditemukan pada tahun ' oleh /obrero, akan tetapi baru tahun '0-an nitrogliserin mulai digunakan sebagai bahan
peledak
ketika
1mmanuel
dan
2l*red
Nobel
berhasil
mengembangkan metode mengenai penggunaan nitrogliserin sebagai bahan peledak dengan cukup aman. Tahun-tahun berikutnya 2l*red Nobel berhasil mengembangkan bahan peledak nitrogliserin yang lebih ma%u, seperti dinamit pada tahun '. Nitrogliserin merupakan salah satu bahan dasar dari propelan %enis double base. +ampuran nitrogliserin dan nitroselulosa merupakan bahan yang umum digunakan dalam industri bahan peledak. /ampai saat ini kebutuhan bahan peledak masih diperoleh dari luar negeri termasuk nitrogliserin yang merupakan bahan dasar utama dalam pembuatan propelan %enis double base. Nitrogliserin dapat dihasilkan melalui proses nitrasi pada kondisi tertentu dengan menggunakan campuran asam nitrat dan asam sul*at. 2sam-asam tersebut pada saat ini telah dapat diproduksi di dalam negeri begitu pula gliserinnya. De$asa
merupakan hasil samping pada industri sabun telah dapat diperoleh dengan kadar 3-44,3 5. /elain bahan peledak, nitrogliserin %uga digunakan sebagai obat untuk meredakan rasa sakit dan mengurangi *rekuensi serangan agiria pektoris. Tablet nitrogliserin biasa larut di ba$ah lidah dalam "0 detik dan meredakan sakit dalam & menit. Nitrogliserin dapat dibuat dengan mereaksikan gliserin dengan asam nitrat, ada
beberapa %enis
bahan
peledak dapat dibuat dengan
menggunakan asam nitrat: seperti reaksi pembentukan trinitrotoluena ini terbentuk dari reaksi asam nitrat dengan toluena. Reaksi asam nitrat dengan toluena.
Nitrogliserin disiapkan dengan menyuntikkan gliserin berkonsentrasi tinggi ke dalam campuran asam nitrat dan asam sul*at pada temperatur yang terkendali.
+ampuran diaduk konstan dan didinginkan dengan air asin. Pada akhir reaksi nitrogliserin dan asam dituangkan ke dalam separator alat pemisah#, dimana nitrogliserin akan terpisah dengan gaya gra6itasi. Nitrogliserin kemudian dicuci dengan air dan natrium karbonat untuk menghilangkan asam yang tersisa. Produk yang sudah dibersihkan segera diproses untuk menghindari penumpukan bahan yang berbahaya.
Proses pembuatan nitrogliserin dapat diadaptasi untuk proses berkelan%utan dengan memberikan campuran asam yang baru ke dalam ruang reaksi selama nitrogliserin dan asam dipisahkan. 7etode ini menghasilkan produk yang diinginkan nitrogliserin# tinggi dengan sedikit pembentukan produk sekunder. Reaksi kimia untuk produksi nitrogliserin ditun%ukkan sebagai berikut:
Transportasi dari nitrogliserin dan ester asam nitrat serupa sangat berbahaya dan hanya diperbolehkan dalam bentuk larutan dalam pelarut non-eksplosi* atau seperti campuran dengan bubuk halus material inert yang mengandung tidak lebih dari 35 nitrogliserin. /ekarang, nitrogliserin %arang digunakan lagi untuk bahan peledak militer, hanya digunakan pada propelan dan bahan peledak komersil. 8erupa cairan pada suhu kamar dengan mudah dapat dituangkan ke dalam kontainernya. 9alau begitu, ketika digunakan sebagai propelan, sulit dalam hal kemampuan balistik yang tidak beraturan. al ini dikarenakan cairan dipindahkan ketika selongsong sedang berputar. Nitrogliserin %uga sangat sensiti* dan dapat dengan mudah terakti*kan. )arenanya, nitrogliserin selalu dibuat melalui absorpsi pada )ieselguhr untuk dynamite atau melalui pen%elian dengan nitroselulosa untuk memproduksi %el peledak komersial.
Nitroselulosa
Nitroselulosa mempunyai rumus molekul +;!"!#&#n. Dari rumus molekul ini tampak bah$a unsur-unsur bahan bakar *uel# yaitu + dan bergabung dengan unsur oksidator o'",5 N# biasanya dipertahankan
basah mengandung ? &05 air agar tidak mudah meledak. Nitroselulosa dengan kadar N lebih tinggi dikenal sebagai guncotton dan mudah meledak meski sedikit basah. @ika kering semua %enis nitroselulosa sangat peka terhadap ledakan dan cukup berbahaya. Nitroselulosa kering diperlukan untuk %enis bahan peledak tertentu, dan ini dibuat dengan pengeringan pelan-pelan dari nitroselulosa basah dalam aliran air hangat. Peman*aatan dari nitroselulosa sendiri saat ini sangat luas. Diantaranya peman*aatan nitroselulosa dapat digunakan sebagai bahan bakar yang bisa digunakan dalam skala rumah tangga maupun dalam skala industri. Nitroselulosa %uga dapat digunakan untuk bahan bakar pengganti minyak gas dan %uga AP( dalam memasak dengan melarutkan dalam
metanol
sehingga
dihasilkan
metanol
gel
nitroselulosa.
Penggunaan lainnya pada era modern ini adalah pengembangan penggunaan nitroselulosa sebagai bahan peledak, maupun sebagai bahan baku penggerak roket. !leh karena peman*aatannya yang sangat luas dan dapat meningkatkan nilai kegunaan dan nilai keekonomisan dari bahan
selulosa
kapas
dan
kapuk,
maka
penelitian
pembuatan
nitroselulosa dari bahan kapas dan kapuk dengan reaksi nitrasi sederhana menggunakan N!& dalam media "/! ini perlu dilakukan.
7etode pembuatan yang sekarang digunakan untuk nitrasi selulosa menggunakan campuran asam sul*at dan asam nitrat. /elama nitrasi selulosa beberapa dari grup B! pada molekul tergantikan oleh grup B !N!" seperti reaksi berikut.
Reaksi ini dimungkinkan dilakukan tanpa merusak struktur *iber dari selulosa. )eluasan nitrasi dari grup B! tergantung pada kondisi reaksi, terutama komposisi dari asam, $aktu, dan temperatur dari nitrasi. )atun, katun linter serat pendek# atau selulosa kayu dibersihkan dengan penyisiran mekanis, kemudian diputihkan untuk memberikan struktur terbuka untuk nitrasi. /erat dicampurkan dengan asam penitrasi di dalam prenitrator dan melalui tahap kedua dari nitrasi dimana kontak yang sangat dekat bisa didapatkan antara serat dan asam penitrasi. /erat yang telah dinitrasi kemudian melalui tahap ketiga dimana penitrasian selesai. 2sam penitrasi dihilangkan dari nitroselulosa melalui sentri*ugasi. Cntuk produk nitrasi rendah, nitroselulosa dicuci dengan asam yang diencerkan dan air. /ebaliknya produk nitrasi tinggi diteruskan pada tahap selan%utnya tanpa pencucian. Nitroselulosa kemudian dicampur dengan air dan dididihkan pada tekanan tinggi dan diubah men%adi pulp dengan menekan serat nitroselulosa yang basah antara roler yang menggunakan helaian pisau. Nitroselulosa yang telah men%adi bubur kemudian direbus, dicuci,
dan dibersihkan untuk menghilangkan partikel asing, dan pengepakan. Diagram alur untuk proses pembuatan nitroselulosa disa%ikan sebagai berikut.
(ambar ". Diagram alir untuk proses pembuatan nitroselulosa. Nitroselulosa
dapat
men%adi
cukup
berbahaya
%ika
dibiarkan
mengering secara keseluruhan, untuk itu nitroselulosa biasanya disimpan dan diangkut di dalam &05 air atau etanol. Nitroselulosa sering dilarutkan dalam pelarut untuk membentuk sebuah %el. /ebagai contoh, peledak komersial digunakan untuk tu%uan penghancuran yang mengandung nitroselulosa terlarut dalam nitrogliserin, dan beberapa komposisi propelan tembakan mengandung nitroselulosa yang dilarutkan dalam campuran aseton dan air. Dera%at
dari
nitrasi
memainkan
peranan
penting
dalam
pengaplikasian nitroselulosa. )atun untuk tembakan mengandung '&,35 nitrogen dan digunakan dalam pembuatan double-base dan propelan energi tinggi, sedangkan nitroselulosa digunakan dalam gelatin komersial dan dinamit semi-gelatin mengandung '","5 nitrogen.
Pembuatan Nitrogliserin
Nitrogliserin dapat dibuat dengan mereaksikan gliserin gliserol# dengan asam nitrat N!&#. Reaksi ini merupakan reaksi esteri*ikasi, yaitu reaksi antara alkohol dan asam, seperti terlihat dalam reaksi diba$ah ini.
Perhitungan teoritis yang didasarkan atas persamaan reaksi di atas menun%ukkan bah$a bila '00 g gliserin ditambahkan pada "03,3 4 N!& akan menghasilkan ",3 4 nitrogliserin. Pada saat yang sama %uga akan terbentuk 3,; g air. Pada prakteknya, hasil ini tidak pernah diperoleh, karena nitrasi gliserin, seperti halnya pada reaksi esteri*ikasi lainnya, merupakan reaksi re6ersible, artinya nitrogliserin yang terbentuk dapat terhidrolisis kembali men%adi gliserin. Cntuk menggeser kesetimbangan ke arah kanan diperlukan asam nitrat berlebih. /emakin tinggi konsentrasi asam, semakin besar dera%at nitrasi dan semakin tinggi nitrogliserin yang dihasilkan. 2kan tetapi kelebihan asam nitrat tidak boleh terlalu besar, karena gliserin hanya sedikit larut dalam asam yang digunakan dan hal ini menyebabkan berkurangnya produk yang dihasilkan. 8ila '0 g gliserin dicampur dengan '00 g asam nitrat 445 pada temperatur di ba$ah suhu kamar, kemudian diencerkan dengan &00 cc air, akan dihasilkan "0,;" g nitrogliserin yang mengandung sebagian kecil nitrogliserin. al ini berkisar sekitar 5 dari hasil teoritis. )andungan nitrogliserin akan semakin tinggi, yaitu & kali kandungan nitrogliserin, bila '0 g gliserin dicampur dengan 30 g asam nitrat 445. al ini %elas tidak ekonomis, karena disamping hasilnya yang rendah %uga sangat sulit untuk memperoleh asam nitrat 445.
Pada saat ini, asam yang umum digunakan sebagai nitrating agent adalah campuran asam nitrat dan asam sul*at dengan perbandingan sebagai berikut: 30-0 5 "/! 0-30 5 N!& Perbandingan asamgliserin harus di%aga sedemikian rupa sehingga %umlah asam berlebih kira-kira "05# dari asam yang seharusnya dibutuhkan menurut perhitungan teoritis. Cmumnya perbandingan berat antara &mgliserin adalah 3,3-,3. 2sam yang tersisa setelah reaksi tidak boleh digunakan lagi sebagai nitrating agent atau disimpan. al ini karena besar kemungkinan nitrogliserin masih terdapat dalam asam tersebut dan dapat menyebabkan bahaya ledakan. +ara pengadukan adalah satu *aktor utama yang harus diperhatikan, selain tentu sa%a pengadukan yang kurang baik akan menghasilkan hasil yang rendah. Fang harus diperhatikan dalam pengadukan adalah semua bagian harus teraduk, tidak boleh ada bagian dalam reaktor yang tidak teraduk, yang menyebabkan terakumulasikannya panas yang tidak terkontrol dan bisa menimbulkan resiko ledakan. Pada temperatur ruang nitrogliserin berupa cairan seperti minyak, tidak ber$arna biasanya mempunyai titik leleh '&,'3G+. Nitrogliserin praktis tidak larut dalam air dan karbon disul*ida, akan tetapi mudah larut dalam kebanyakan pelarut organik, seperti metanol, etanol, aseton, dietil eter, kloro*orm, toluena dan lain-lain. Dalam larutan alkali terutama alkali etanolat, nitrogliserin dapat terhidrolisis men%adi gliserin dan garam nitrat. +&3N&!4 H &)! I +&!& H &)N!& Nitrogliserin Pada
pemanasan
sampai
(liserin '
s.d.
"0G+,
nitrogliserin
mulai
terdekomposisi dengan melepaskan uap N!" yang be$arna coklat. Pada temperatur ini, dekomposisi dapat ber%alan dengan sangat cepat dan dapat mengakibatkan ledakan. 8ila ditempatkan dalam ruang tertutup dan dipanaskan dengan cepat atau diinisiasi dengan suatu detonator,
nitrogliserin akan meledak disertai dengan pelepasan energi yang sangat besar. asil dekomposisi nitrogliserin adalah sebagai berikut: +&3N&!4 I '"+!" H N" H '0"! H panas /i*at-si*at nitrogliserin:
8erat molekul )andungan nitrogen 7assa %enis pada '3 o+ Tekanan uap pada "" o+ 1ndeks bias Panas peledakan pada 6olume konstan# Tekanan spesi*ik )ecepatan detonasi /ensiti6itas ke%atuhan beban "kg#
: : : : : : : : :
"";,04 ',3'5 ',0 0,000&;mmg ',; ',33 )kalkg '""0 atm ;30 mdetik '3 cm
Pembuatan Nitroselulosa
8ahan yang digunakan adalah selulosa diperoleh dari kapas dari tanaman kapas, tanaman dengan serat halus yang menyelubungi bi%i beberapa %enis gossypiumJ 5-45 selulosa, &-5 hemiselulosa, dan ',"5 lignin#J larutan N!& 35 dan larutan "/! 45 digunakan sebagai pereaksi dalam reaksi nitrasi selulosa men%adi nitroselulosaJ larutan Na+!& dan aKuadest digunakan sebagai =at pencuci hasil reaksi. Peralatan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah reaktor yang terbuat dari kaca, sebagai tempat berlangsungnya reaksi nitrasi. Reaktor dilengkapi dengan termometer, digunakan untuk mengukur suhu reaksi nitrasi, dan diletakkan dalam ice bath untuk mengkondisikan reaksi berlangsung pada suhu rendah. Pada tahapan pembuatan nitroselulosa dapat di%elaskan sebagai berikut, langkah pertama adalah menimbang kapas sesuai dengan 6ariabel# massa yang ditentukan yaitu sebesar 3 gram. /elan%utnya disiapkan bahan N!& 3 5, bahan "/! 4 5, dan Na+!& yang cukup encer '05#. /ebanyak &0 mA N! & dan 0 ml "/! dimasukkan dalam reaktor supaya ter%adi reaksi nitrasi, kemudian ditunggu suhunya
hingga mencapai '3o+, yang dikondisikan dengan ice bath. )etika suhu reaksi yang diinginkan sudah tercapai maka dimasukkan 6ariabel# kapas ke dalam reaktor dengan selama &0 menit. 2pabila $aktu reaksi telah tercapai, maka langkah selan%utnya adalah mencuci kapas dengan menggunakan aKuadest dan dilan%utkan dicuci dengan Na+!& untuk stabilisasi dan menyamakan distribusi gugus nitro BN!"# dalam nitroselulosa yang sudah terbentuk. /etelah dilakukan pencucian dengan Na+!& selan%utnya nitroselulosa yang terbentuk dicuci kembali dengan menggunakan aKuadest dan ditiriskan.
)ondisi !perasi dan Lariabel
Tekanan atmos*erik 7assa /istem operasi Lolume "/! Lolume N!& 9aktu reaksi /uhu reaksi 8ahan baku
: : : : : : :
3g berat kotor 8atch 0 mA 3 mA &0 menit '3o+ )apas
