Analisis Keasaman Material Padatan
Overview Padatan Sebagai Asam Ukuran Kekuatan Asam: - Total Acid Site - Acid Strenght
Teknik Penentuan Total Acid Site Teknik Penentuan Acid Strenght
Padatan sebagai Asam; Sumber Keasaman Asumsi bahwa permukaan padatan dapat bersifat asam berawal dari: o Pengamatan pada reaksi cracking (perengkahan) minyak bumi yang dikatalisis oleh lempung atau silika-alumina yang menghasilkan lebih banyak produk daripada thermal cracking o Karakteristik reaksi yang dikatalisis padatan ini sama dengan reaksi yang dikatalisis asam
Padatan sebagai Asam; Sumber Keasaman Struktur material silika-alumina, misalnya pada zeolite atau bentonite, dapat digambarkan dalam bentuk yang disederhanakan sebagai:
OH
Si
O
Al -
Lewis acid site
H+ O
Si
H2O
Si
O
Al
O
Panas
O
O
Si
Si
Asam Bronsted
Asam Lewis
Si
Padatan sebagai Asam Brosnsted; Dalam Katalisis Peranan asam bronsted pada proses katalisis:
OH
RCH=CH2
+
H+ Al O
-
OH O (RCH+- CH3)Al O
Asam Bronsted
O
-
O
O
Padatan sebagai Asam Lewis; Dalam Katalisis Peranan asam bronsted pada proses katalisis: :
OH
OH O
RCH2CH3
+
-
Al O
(RCH+CH3)……H Al O
Asam Lewis
O
-
O
O
Total Acid Sites: Total Acid Sites: 1. Jumlah total situs asam yang terdapat pada permukaan padatan 2. Biasanya dinyatakan dalam mol/gram padatan 3. Dapat ditentukan dengan berbagai teknik adsorpsi n-butil amin: a. Adsorpsi n-butilamin dilanjutkan dg TPD (desorpsi) b. Penentuan tak langsung dg. Spektrofotometri
Situs Asam
CH3 CH2 CH2
Lewis acid site
CH2 H Si
O
N .. Al
H O
O Si Kembali ke Total Acid Sites
Asam Lewis
Si
Total Acid Sites: Total Acid Sites: Adsorpsi n-butilamin dilanjutkan dg TPD
N2
Bentonite Glasswool
n-butilamine
Total Acid Sites: Adsorpsi n-butilamin dilanjutkan dg TPD
Sebelum dijenuhkan n-butilamin, Sample bed di “flush” dengan N2 (aktivasi)
n-butilamine (dg carier N2) dialirkan pada sample bed
n-butilamine akan teradsorpsi pada situs-situs asam Bentonite
Penentuan massa n-butilamine teradsorpsi pada bentonite setelah adsorpsi dapat ditentukan dengan: - Teknik TGA - Pengukuran Selisih massa dengan massa bentonit sebelum adsorpsi - Dipanaskan pada 2000C selisih massa dihitung ulang
Total Acid Sites: Padatan Asam Dijenuhkan dg. siklohexan 74 jam, Temp. Kamar, diuapkan
Padatan Asam Jenuh Sikloheksan Ditambahkan 10 ml 1 x 10-3 M n-butilamin Di biarkan selama 74 jam
Prinsip Dasar: Total situs asam pada permukaan padatan ditentukan berdasarkan jumlah n-butil amin yang diserap pada padatan asam:
Padatan Asam terimpregnasi n-butilamine Dijenuh kan siklohexan 74 jam, Temp. Kamar, diuapkan
Padatan Asam Jenuh Sikloheksan
Bagian larutan Dipisahkan, dan diukur serapnnya
Total Acid Sites: Total Acid Sites: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
9.
0,1 g sampel padatan dimasukan kedalam labu erlenmeyer Siklohexane ditambahkan secukupnya ke dalam labu Campuran disimpan pada temperatur ruang selama 3 hari Kelebihan siklohexane di”shaking” hingga siklohexane menguap semua. Buat larutan 1 x 10-3M n-butilamine dalam siklohexane Tentukan max untuk serapan n-butilamine dalam siklohexane dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis, Tentukan besarnya serapan larutan1 x 10-3M n-butilamine dalam siklohexane Tambahkan larutan 10 mL 1 x 10-3M n-butilamine dalam siklohexane ditambahkan ke dalam padatan asam yang sudah dijenuhkan dg. Siklohexane simpan selama 3 hari pada temperatur ruang Ukur serapan larutan n-butilamine dalam siklohexane yang konsentrasinya telah berkurang
Total Acid Sites: Penentuan jumlah n-butilamine terserap: Jumlah n-butilamin yang diserap padatan asam ditentukan dengan menentukan selisih serapan nbutilamin sebelum ditambahkan ke dalam asam dan sesudah ditambahkan ke dalam padatan asam Hukum Lambert Beer:
A 0 = b c0 A1 = b c1 Index 0 adalah absorbansi dan konsentrasi sebelum adsorpsi Index 1 adalah absorbansi dan konsentrasi sesudah adsorpsi
Acid Strenght Acid Strenght dari suatu padatan asam dapat ditentukan berdasarkan: “kemampuan padatan asam untuk mengubah basa organik netral, yang teradsorpsi pada padatan, menjadi bentuk asam konjugatnya”
Acid Strenght Analogi Acid Strenght pada pH larutan asam: 1. Rentang pH pada larutan asam/basa dapat ditentukan dg menggunakan indikator 2. Contoh: Indikator metil merah (pKa = 4,8) yang ditambahkan ke dalam larutan: Larutan dg pH < 4.4 tak berwarna Larutan dg pH > 5.2 merah
HIn (asam) Kuning
H
[ H ][ In ] Ka [ Hin]
In (basa) merah
Ka [ In ] [ H ] [ Hin]
Perbandingan [In-] thd. [Hin]: - Menentukan warna larutan - Ditentukan oleh Jmlh [H+] yang berasal dari larutan yang diuji
Acid Strenght; skala Hammet Indikator untuk asam padat biasanya berupa basa organik netral:
Apadat
[ A][ B] Ka [ AB] Ka [ B] [ A] [ AB] [ AB ] [ A] K a [ B]
Borganik Basa
AB Asam
[B] = Konsentrasi basa organik [AB] = konsentrasi asam konjugat [A] = konsentrasi situs asam
[ B] log[ A] log K a log [ AB] [ B] H 0 pK a log [ AB]
Acid Strenght; skala Hammet Apadat
Borganik
Basa
Ka [ B] [ A] [ AB]
AB Asam
Warna indikator yang ditambahkan pad permukaan padatan tergantung pada:
Yang tergantung pada [A] =H0
[ B] H 0 pK a log [ AB] Nilai H0 eqivalent dg pH, tetapi lebih tepat disetarakan dg konsentrasi H2so4 dg kuantitas tertentu
[ B] [ AB ]
Acid Strenght; Indikator Beberapa Indikator Hammet:
[ B] H 0 pK a log [ AB]
Indikator
pKa
Warna bentuk Basa
Warna bentuk Asam
[H2SO4] (%)
Metil merah
+4.8
Kuning
merah
Phenilazonaphtylamine
+4
Kuning
Merah
5x10-5
P-Dimetylaminoazobenzene
+3.3
Kuning
Merah
3x10-4
Benzenazodiphylamine
+1.5
Kuning
Purple
1.10-2
Cristal violet
+0.8
Biru
Kuning
0.1
Dicinamalacetone
-3
Kuning
Merah
48
Benzalacetophenone
-5.6
TB
Kuning
71
Antraquinone
-8.2
TB
Kuning
98
P-nitroyoluene
-11.35
TB
Kuning
*
Acid Strenght; Penentuan
[ B] H 0 pK a log [ AB]
Test Warna dg. Indikator: 1. Sample dikeringkan pada temperatur 120 0C 2. Larutan indikator dalam siklohexane dg konsentrasi 0.1% disiapkan 3. 0.1 gram sample kering dimasukan kedalam tabung reaksi 4. Tambahkan 3 tetes larutan indikator 5. Catat warnanya
Catatan: Untuk menghemat, gunakan indikator pada rentang pH yang berada sedikit di bawah dan sedikit di atas perkiraan acid strenght!
Acid Strenght; Indikator skala Hammet
-12
-10
-8
Indikator
-6
-4
-2
0
Warna indikator
P-nitroyoluene
Antraquinone Benzalacetophenone Dicinamalacetone Cristal violet Benzenazodiphylamine
Ket: Warna sebelah kiri adalah warna Asam (AB), warna kanan adalah warna basa (B)
2
Jika suatu padatan memberikan warna kuning dengan Antraquinone dan tak berwarna dengan Benzelacetophenon, nilai H0 = -5,6 – 8,2
Acid Strenght; Beberapa contoh nilai H0 Lempung Kaolinite Alam Hidrogen Kaolinite Bentonite Alam Hidrogen Bentonite
-3.0 s.d. –5.6 -5.6 s.d. –8.2 +1.5 s.d. –3.0 -5.6 s.d. –8.2
Oksida Silika Alumina Al2O3.B2O3 Silika-Magnesia
< -8.2 < -8.2 +1.5 s.d. –3.0
Asam SbF5/Al2O3
<-13.16
Situs Asam
CH3 CH2 CH2
Lewis acid site
CH2 H Si
O
N .. Al
H O
O Si Kembali ke Total Acid Sites
Asam Lewis
Si
