PEMBUATAN NaOH DAN HCl DENGAN PROSES ELEKTROLISIS NaCl MENGGUNAKAN SEL MERKURI
I.
TUJUAN Menghitung efisiensi dan neraca massa proses pembuatan natrium hidroksida dan asam klorida dengan mengelektrolisis larutan garam dapur (air laut) menggunakan elektroda karbon sebagai anodanya dan air raksa sebagai katodanya.
II.
DASAR TEORI 2.1 Soda kaustik (NaOH) Natrium hidroksida (NaOH), juga dikenal sebagai soda kaustik atau sodium hidroksida, adalah sejenis basa logam kaustik. Natrium Hidroksida terbentuk dari oksida basa Natrium Oksida dilarutkan dalam air. Natrium hidroksida membentuk larutan alkalin yang kuat ketika dilarutkan ke dalam air. 1) Natrium hidroksida murni berbentuk putih padat dan tersedia dalam bentuk pelet, serpihan, butiran ataupun larutan jenuh 50%. Ia bersifat lembap cair dan secara spontan menyerap karbon dioksida dari udara bebas. Ia sangat larut dalam air dan akan melepaskan panas ketika dilarutkan. Ia juga larut dalam etanol dan metanol, walaupun kelarutan NaOH dalam kedua cairan ini lebih kecil daripada kelarutan KOH. Ia tidak larut dalam dietil eter dan pelarut non-polar lainnya. Larutan natrium hidroksida akan meninggalkan noda kuning pada kain dan kertas.1) Penggunaan NaOH cukup banyak digunakan untuk industri minyak goreng, sabun, kertas, bumbu masak, dan lain-lain. Hal ini cukup menarik untuk diteliti baik dari segi proses dan juga dari segi kinetika reaksi kimia (kinetika kimia). Pada prinsip stoikiometri memungkinkan untuk menghitung jumlah zat yang dihasilkan dari bahan-bahan kimia yang direaksikan pada suatu reaksi kimia. (Ralp H. Petrucci, 1994) Soda kaustik pada mulanya dibuat melalui kaustisasi soda (abu) LeBlanc dengan menggunakan gamping : Na2CO3 + Ca(OH)2 2 NaOH + CaCO3
Kalsium karbonat hasil reaksi tidak larut sama sekali dalam larutan kaustik. Produksi soda kaustik dengan cara elektrolitik sudah dikenal pada abad kedelapan belas, tetapi baru pada tahun 1890 soda kaustik diproduksi dengan cara ini. Sampai beberapa tahun sebelum perang dunia I, kuantitaas soda kaustik yang dihasilkan sebagai hasil samping produksi klor dari proses elektrolisis boleh dikatakan dapat diabaikan bila dibandingkan dengan yang dibuat dari soda abu dengan kaustisasi gamping. Tetapi pada tahun 1940 produksi soda kaustik elektrolitik sudah melewati soda kaustik gamping dan pada tahun 1962 soda kaustik gamping sudah hampir tidak dibuat lagi.3) 2.2 Asam Klorida (HCl) Asam klorida adalah larutan akuatik dari gas hidrogen klorida (HCl). Ia adalah asam kuat, dan merupakan komponen utama dalam asam lambung. Senyawa ini juga digunakan secara luas dalam industri. Asam klorida harus ditangani dengan wewanti keselamatan yang tepat karena merupakan cairan yang sangat korosif.4) Pemakai asam klorida terbesar adalah industri logam, kimia, makanan, dan migas. Pemakaian terbesar adalah untuk cuci asam baja (perlakuan permukaan untuk membersihkan kerak fabrikasi). Sebelum tahun 1963 cuci asam dilakukan dengan menggunakan asam sulfat. Asam klorida kemudian menguasai pasaran ini karena asam klorida dapat bereaksi dengan kerak pabrik lebih cepat dari pada asam sulfat, sedang logam dasarnya tidak banyak terserang. Di samping itu permukaan baja hasil cuci lebih baik dan lebih cocok untuk operasi pelapisan, juga kuantitas cairan limbah bekas cuci lebih sedikit. Pembuatan asam klorida dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut :3) 1. hasil samping klorinasi senyawa hidrokarbon aromatik dan alifatik 2. reaksi garam dengan asam sulfat 3. pembakaran hidrogen dengan klor 4. proses Hargreaver, yaitu dengan reaksi sebagai berikut :
4 NaCl 2SO2 O2 2 H 2O 2 Na2 SO4 4 HCl Langkah-langkah dasar produksi asam klorida hasil samping meliputi penyingkiran hidrokarbon yang tak terklorinasi, diikuti dengan absorpsi asam klorida di dalam air, contoh klorinasi adalah : C6 H 6 Cl2 C6 H 5Cl HCl
Oleh karena klorinasi hidrokarbon alifatik dan aromatik membebaskan kalor dalam jumlah besar maka diperlukan peralatan khusus untuk mengendalikan suhu reaksi. Asam klorida bersifat sangat korosif terhadap kebanyakan logam sehingga pemilihan bahan konstruksi untuk pabriknya perlu dilakukan dengan hati-hati sekali. Penyerapan hidrogen klorida di dalam air dalam setiap proses di atas memberikan kira-kira 1625 kJ/kg hidrogen klorida yang terserap. Kalor ini harus dikeluarkan dari absorber sebab jika tidak maka efisiensinya akan turun. 2.3 Elektrolisis Air Laut Reaksi kimia yang bersifat spontan untuk menghasilkan energi listrik melalui sirkuit eksternal. Sel volta inilah sangat penting karena dapat menjadi dasar baterei yang menjadi sumber energi dalam kehidupan modern ini. Namun, sel volta bukanlah satu-satunya jenis sel elektrokimia. Ada kemungkinan membuat sel untuk menghasilkan reaksi kimia dengan daya dorong arus listrik. Sel ini dinamakan sel elektrolisis. Sel elektrolisis menggunakan arus listrik untuk menimbulkan reaksi kimia yang tidak dapat berjalan spontan. Proses yang melibatkan arus listrik untuk menimbulkan reaksi oksidasi reduksi dinamakan elektrolisis.5) Elektrolisis adalah proses peruraian suatu zat karena adanya aliran listrik. Beberapa faktor yang menentukan proses kimia dalam elektrolisis adalah : a. Konsentrasi larutan elektrolit b. Bahan elektroda yang digunakan Elektorlisis larutan natrium klorida (air laut) adalah salah satu proses yang penting dalam industri untuk memproduksi gas klor dan natrium hidroksida. Di Amerika proses ini menduduki peringkat kedua terbesar dalam konsumsi energi listrik setelah produksi aluminium. Elektrolisis air laut menghasilkan gas hidrogen dan gas klor dengan reaksi : Anoda :
2 Cl- Cl2 + 2 e
Katoda :
2 H2O + 2 e H2 + 2 OH-
Di dalam wadah tertinggal larutan NaOH dan NaCl.
Untuk mengurangi kandungan pengotor NaCl dalam larutan NaOH, dapat dilakukan dengan menggunakan sel air raksa khusus untuk mengelektrolisis air laut. Dalam sel air raksa ini logam natrium membentuk amalgama Na-Hg. Logam natrium dapat dipungut dengan cara diekstrak menggunakan aquadest. Proses ini sering disebut proses klor alkali, dan sering mengakibatkan pencemaran air raksa ke lingkungan, sehingga sisa hasil proses ini jika akan dibuang ke lingkungan harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu. Reaksi yang terjadi adalah : 2 Na-Hg + 2 H2O 2 NaOH + H2 + Hg Beberapa jenis sel untuk mengelektrolisis air laut antara lain : 1. Sel diafragma, sel ini mempunyai satu diafragma, biasanya terbuat dari serat asbes yang memisahkan anode dari katode. Dengan demikian ion dapat berpindah karena migrasi listrik, tetapi difusi produknya terhalang. Anodenya biasanya terbuat dari grafit dan katode dari besi tuang. Diafragma itu kemudian tersumbat karena pemakaian dan ini akan terlihat dari meningkatnya penurunan voltase dan tekanan hidrostatik pada umpan air garam. Diafragma itu haru diperbarui secara berkala. Diafragma itu memungkinkan air garam mengalir dari anode ke katode dan dengan demikian menghentikan atau mengurangi reaksi samping. 2. Sel membran, sel ini menggunakan membran semipermeabel untuk memisahkan kompartemen anode dari katode. Dengan menggunakan sel diafragma, migrasi balik ion-ion itu dikendalikan oleh laju aliran fluida melalui diafragma dan ini diatur dengan mengendalikan tinggi permukaan zat cair di dalam kedua kompartemen itu secara teliti. Dalam sel membran kedua sel itu dipisahkan dengan lembaran plastik yang aktif kimia, yang dapat melewatkan ion natrium, tetapi menolak ion hidroksil 3. Sel raksa, sel raksa operasinya sangat berbeda dari sel-sel jenis lain. Anodenya grafit dan katodenya adalah kolam aliran raksa. 2.4 Hukum Faraday Percobaan Humphry Davy dengan sel elektrokimia menghasilkan penemuan Na, K, Mg, Ca, Ba, dan Sr. Faraday adalah asisten Davy yang juga mengadakan penelitian elektrolisis, sehingga menemukan hubungan antara
jumlah arus yang melewati larutan dengan berat unsur yang diperoleh atau yang terdekomposisi.5) Michael Faraday menerangkan hubungan kuantitatif antara jumlah zat yang bereaksi di katoda dan anoda dan muatan listrik total yang melewati sel. Hasil penelitian Michael Faraday dikenal dengan nama Hukum Faraday, yang dinyatakan sebagai berikut : Listrik sebanyak 96.500 C yang mengalir melalui sel menghasilkan 1 gram ekuivalen reaksi kimia pada masing-masing electrode Muatan elektron (e) tunggal (dinyatakan dalam coulomb) adalah sama dengan : 1,6021773 x 10-19 C, sehingga jumlah muatan yang ditunjukkan oleh 1 mol elektron adalah : Q = (6,022137 x 1023 mol-1) (1,6021773 x 10-19 C)= 96.485,31 C.mol-1 Jumlah muatan tersebut disebut tetapan Faraday (F). Arus listrik adalah jumlah muatan yang mengalir melalui sebuah rangkaian per satuan waktu. Jika Q adalah besarnya muatan dalam coulomb dan t adalah waktu dalam detik yang diperlukan untuk melalui sebuah titik dalam rangkaian, maka arus I (dalam Ampere) adalah : I
Q t
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (1)
Arus I ampere yang lewat selama t detik menyebabkan It coulomb muatan melewati rangkaian. Jumlah elektron dalam mol adalah : Mol elektron
It
. . . . . . . . . . . . . . . . . (2)
96,485 C/mol
Dari jumlah mol elektron yang lewat dalam rangkaian, maka jumlah mol senyawa yang bereaksi pada elektroda dalam sel elektrokimia dapat dihitung.
III.
ALAT DAN BAHAN 3.1 Alat a. Seperangkat alat elektrolisis beserta elekrode, voltmeter dan amperemeter b. Gelas ukur c. Gelas Beker d. Neraca analitik e. Pengaduk f. Sendok sungu g. Buret h. Erlenmeyer i. Corong pemisah j. Pipet tetes k. Corong berselang l. Corong gelas m. Pipet ukur n. Bulpet 3.2 Bahan a. Air raksa b. Aquades c. Hexana d. Garam dapur e. CaCO3
IV.
LANGKAH KERJA 4.1 Proses pembuatan NaOH dan HCl a. Dibuat larutan garam dapur 500 gram dalam 2 liter kemudian dimasukkan ke dalam alat. b. Diukur masing-masing 75 ml Hexana dan aquades,kemudian dimasukkan ke dalam alat. c. Minyak goreng dimasukkan ke dalam alat secukupnya. d. Alat dirangkai seperti pada gambar berikut.
e. Dilakukan elektrolisis setiap 1 jam. Selama elektrolisis di ukur arus dan tegangannya. f. Setelah elektolisis selesai, NaOH yang diperoleh kemudian dipipet ke dalam gelas ukur dengan hati-hati dan pH-nya diukur. g. Lapisan HCl dan C6H13Cl yang terbentuk dipipet dan dipisahkan dengan corong pemisah. h. HCl yang telah dipisah kemudian diukur pH-nya. i. Peralatan dibersihkan dengan hati-hati. 4.2 Analisis hasil elektrolisis 4.2.1
Standardisasi NaOH dengan asam oksalat a. Dibuat larutan NaOH dengan melarutkan NaOH 2,2545 g ke dalam 100 mL aquades b. Dibuat larutan C2H2O4.2H2O dengan melarutkan C2H2O4.2H2O sebanyak 2,2613 g ke dalam 100 mL aquades
c. Larutan NaOH dipipet sebanyak 10 mL ke dalam erlenmeyer kemudian ditetesi indikator PP 2-3 tetes. d. Dilakukan titrasi dengan larutan C2H2O4.2H2O 4.2.2
Titrasi NaOH standard dengan HCl hasil elekrolisis a. Lapisan HCl yang telah dipisahkan dipipet sebanyak 10 mL ke dalam erlenmeyer kemudian ditetesi dengan indikator PP 2-3 tetes b. Dilakukan titrasi dengan larutan NaOH standard
4.2.3
Titrasi HCl dengan NaOH hasil elektrolisis a. NaOH hasil elektrolisis dipipet sebanyak 10 mL ke dalam erlenmeyer kemudian ditetesi dengan indikator PP 2-3 tetes b. Dilakukan titrasi dengan HCl 0,1 N
V.
DATA PENGAMATAN 5.1 Persiapan Awal Massa NaCl
= 500 g (dilarutkan dalam 2 liter aquadest)
V Heksana
= 75 mL
Aquades
= 75 mL
Berat Raksa
= 731 g
pH sebelum elektrolisis
= 7 (aquades)
pH setelah
= 1,4 (HCl) ; 10,8 (NaOH)
Pengamatan arus dan tegangan selama proses elektrolisis berlangsung : Waktu
Tegangan (Volt)
Arus (mili Ampere)
12.20
10
235
13.20
14
190
14.20
15
175
15.20
15
175
08.25
5
280
09.45
5
280
10.45
5
280
11.45
5
280
13.30
5
280
15.35
5
280
V NaOH
= 850 mL
V HCl
= 105 mL
5.2 Standardisasi NaOH dengan asam oksalat Massa NaOH
= 2,2545 gram
Mr NaOH
= 40 g/mol
Massa C2H2O4.2H2O = 2,2613 g Mr C2H2O4.2H2O
= 90,07 g/mol
No.
V NaOH (mL)
V C2H2O4.2H2O (mL)
Keterangan
1.
10
10,3
Pink
2.
10
10,2
menjadi bening
3.
10
10,0
keunguan
5.3 Titrasi NaOH standard dengan HCl hasil elekrolisis No.
V
HCl
hasil V NaOH (mL)
Keterangan
elektrolisis (mL) 1.
10
0,9
Bening
menjadi
2.
10
0,7
pink keunguan
3.
10
0,6
5.4 Titrasi HCl dengan NaOH hasil elektrolisis N HCl No.
= 0,1 N V HCl (mL)
V
NaOH
hasil Keterangn
elektrolisis (mL) 1.
3,5
10
Bening
menjadi
2.
3
10
pink keunguan
3.
2,9
10
VI.
PERHITUNGAN 4.1 Penentuan Konsentrasi NaOH dan HCl Hasil Praktek a) Konsentrasi NaOH standard Pembuatan asam oksalat Massa C2H2O4.2H2O
= 2,2613 g
Mr C2H2O4.2H2O
= 126 g/mol
Vol pelarutan
= 100 mL
BE C2H2O4.2H2O
=
N oksalat
126g / mol 63g / mol 2
2,2613 mol m / BE 63 0,3589N v 0,1L
Titrasi NaOH dengan asam oksalat Voksalat N oksalat V NaOH N NaOH 10,3 10,2 10 10 10 10 mL 0,3589N mL M NaOH 3 3 N NaOH 0,3649N
b) Konsentrasi HCl hasil elektrolisis VHCl N HCl V NaOH N NaOH 10 10 10 0,9 0,7 0,6 mL N HCl mL 0,3649N 3 3 N HCl 0,0268N
c) Konsentrasi NaOH hasil elektrolisis N HCl = 0,1N V HCl N HCl V NaOH N NaOH 3,5 3 2,9 10 10 10 mL 0,1N mL N NaOH 3 3 N NaOH 0,0313N
4.2 Penentuan Efisiensi a) Effisiensi elektrolisis I
= 280 mA
= 0,28 A
t
= 27 jam
= 97200 detik
Mol e- =
it 0,28 A 97200 s 27216 C = = 0,2820 mol 96500 C / mol 96500 C / mol 96500 C / mol
NaCl yang terurai : Reaksi yang terjadi secara umum adalah: 2 NaCl
2 Na+ + 2 Cl-
2 Na+ + 2Hg + 2e-
2NaHg
2 Cl-
Cl2 + 2e-
2 NaCl + 2Hg
Cl2 + 2NaHg
Dari reaksi di atas diketahui bahwa mol elektron = mol NaCl = 0,2820 mol Berat NaCl bereaksi
= mol NaCl . Mr NaC = 0,2820 mol . 58,5 gr/mol = 16,497 gram
Berat NaCl umpan
= 500 gram
Effisiensi elekrolisis (ɳelektrolisis) =
=
Massa NaCl bereaksi 100 % Massa NaCl umpan 16 ,497 gram 100 % 500 gram
= 3,2994 % b) Effisiensi NaOH Reaksi di katoda : 2H2O + 2 e- H2 + 2 OHPada reaksi pembentukan NaOH dari amalgama dan air : 2NaHg + 2H2O 2NaOH + H2 + 2Hg Dari reaksi di atas diketahui bahwa mol elektron = mol NaOH = 0,2820 mol. Jika NaOH reaksinya sempurna, maka : Berat NaOH teoritis
= mol NaOH . Mr NaOH = 0,2820 mol . 40 gr/mol = 11,28 gram
Berat NaOH hasil proses = N NaOH × BM NaOH × V NaOH yang diperoleh = 0,0313 N x 40 gr/mol x 0,85 L = 1,0642 gram
Effisiensi NaOH =
=
NaOH hasil proses 100 % NaOH . seharusnya sec ara teoritis 1,0642 gr 100 % 11,28 gr
= 9,4344 % c)
Effisiensi HCl Reaksi Anoda : 2 Cl- Cl2 + 2 e1 mol Cl2 = ½ x mol e- = ½ x 0,2820 mol = 0,1410 mol Pada reaksi klorinasi : C6H6 + Cl2
C6H5 Cl + HCl
Mol Cl2 = mol HCl = 0,1410 mol Jika Cl2 berubah menjadi HCl sempurna maka : Berat HCl sebenarnya Berat HCl mol HCl BM HCl 0,1410 mol 36,45 gr mol 5,1394 gram
Berat HCl hasil proses Berat HCl = N HCl × BE HCl × V hasil HC = 0,0268 ek/L × 36,5 gr/ek × 0,105 L = 0,1027 gr Effisiensi HCl
Berat HCl hasil 100 % Berat HCl sebenarnya
0,1027 100 % 2% 5,1394
4.3 Neraca Massa
Heksana H2 O C6H13Cl Listrik H2O NaCl ClH2 O
Heksana Na+
Cl2
HCl
Hg
H2 O NaCl
H2O NaHg
Hg H2
Hg
H2O
Mol electron (e-) = 0,2820 mol Reaksi yang terjadi secara umum adalah: 2 NaCl
2 Na+ + 2 Cl-
2 Na+ + 2Hg + 2e-
2NaHg
-
Cl2 + 2e-
NaCl + 2Hg
Cl2 + 2NaHg
2 Cl 2
Neraca massa : Input – Output = Akumulasi Pada keadaan steady state, akumulasi=0 sehingga : Input = Output
NaHg
NaOH
a) REAKTOR ELEKTROLISIS Listrik
NaCl ClH2 O Na+ H2 O NaCl
INPUT
NaCl mNaCl = 500 g
H2O V H2O = 2L Densitas H2O =1g/mL mH2O =
= 2000 g
∑ Massa Input = mNaCl + mH2O = 500 g + 2000 g= 2500 g OUTPUT
Na+ mNa+= Ar Na+×Mol Na+ = 23 g/mol × 0,2820 mol = 6,4860 g
ClmCl- = Ar Cl-× Mol Cl- = 35,5 g/mol × 0,2820 mol = 10,0110 g
NaCl Sisa mNaCl bereaksi = Mr NaCl×Mol NaCl yang bereaksi = 58,5g/mol×0,2820mol = 16,4970 g mNaCl sisa
= mNaCl Mula mula – NaCl bereaksi = (500 – 16,4970) g = 483,5030 g
H2O mH2O = mH2O input = 2000 g
∑ Massa Output = mNa+ + mCl- + mNaCl sisa + mH2O = (6,4860 + 10,0110 + 483,5030 + 2000) g = 2500 g
b) REAKTOR Hg
Na+
Hg NaHg Hg
INPUT
Na+ mNa+= 6,4860 g
Hg mHg = 731 g
∑Massa Input = mNa++mHg= 6,4860 g + 731 g = 737,486 g OUTPUT
NaHg Karena mol NaHg ~ nol NaOH, maka : mNaHg
= n NaHg × Mr NaHg = 0,2820 mol × 223 g/mol = 62,8860 g
Hg Sisa mHg Bereaksi
= mol Hg x Ar Hg = 0,2820 mol x 200 g/mol = 56,4 g
mHg sisa
= mHg mula mula – mHg bereaksi = 731 g– 56,4 g = 674,6 g
∑ Massa Output = mNaHg + m Hg sisa = 62,8860 g + 674,6 g = 737,486 g c) REAKTOR HIDROLISIS
H2O NaHg
Hg H2
Hg
H2O
NaHg
NaOH
INPUT
NaHg Reaksi : 2NaHg + 2H2O 2NaOH + H2 + Hg mNaHg = 62,8860 g
Hg input mHg = 674,6 g
H2O mH2O = 1 g/mL×2000 mL= 2000 g
∑ massa input
= mNaHg + mHg + H2O = 62,8860 gram + 674,6 gram + 2000 gram = 2737,486 gram
OUTPUT
NaOH Praktek Massa NaOH 1000 Mr NaOH Vol NaOH Massa NaOH 1000 0,0313 N 40 gram / mol 850 mL Massa NaOH 1,0642gram M NaOH
H2 Reaksi : 2NaHg + 2H2O 2NaOH + H2 + Hg Mol H2 = 0,5 × mol NaOH = 0,5 ×
= 0,1085 mol
mH2 = 0,1085 mol ×2 g/mol = 0,2170 gram
H2O sisa
Reaksi : 2NaHg + 2H2O 2NaOH + H2 + 2Hg Mol H2O bereaksi = mol NaOH = 0,2170 mol Massa H2O bereaksi = 0,2170 mol ×18 g/mol = 3,9061 g mH2O sisa
= mH2O input – m H2O bereaksi = 2000 g– 3,9061 g = 1996,0939 g
NaHg sisa Mol NaHg bereaksi = mol NaOH= 0,2170 mol Mol NaHg sisa
= mol NaHg input - mol NaHg bereaksi = 0,2820 mol – 0,2170 mol = 0,065 mol
Massa NaHg sisa = 0,065 mol x 223 gram/mol = 14,495 gram
Hg sisa Reaksi : 2NaHg + 2H2O 2NaOH + H2 + 2Hg Reaksi : Na-Hg Na + Hg Mol Hg = mol NaHg bereaksi = 0,2170 mol Massa Hg bereaksi = 0,2170 mol x 200 gram/mol = 43,4 gram Hg sisa total
= m Hg input + m Hg bereaksi = 674,6 gram + 43,4 gram= 718 gram
∑ massa output
= mNaOH+mH2+mH2O+mNa-Hg sisa+mHg sisa = (8,6802 + 0,2170 + 1996,0939 + 14,495 + 718) g = 2737,4861 gram
d) REAKTOR KLORINASI
Heksana H2O
C6H13Cl H2 O
ClCl2
HCl
Heksana
INPUT
C6H14 mC6H14
ρ C6H14 × V C6H14= 0,6548 g/mL × 75 ml = 49,11 g
H2O mH2O = 1 gram/mL × 75 ml= 75 gram
Cl2 Reaksi (anoda) : 2Cl- Cl2 + 2emCl2 = 0,5 x 0,2820 mol x 71 gram/mol= 10,011 gram
∑ massa input
= mC6H6 + mH2O + mCl2 = 49,11 g+ 75 g+ 10,011 g = 134,121 g
OUTPUT
H2O mH2O = 75 gram
HCl Praktek Reaksi : C6H14+ Cl2 C6H13Cl + HCl Massa HCl 1000 Mr HCl Vol HCl Massa HCl 1000 0,0268 N 36,5 gram / mol 105 mL Massa HCl 0,1027 gram M HCl
C6H13Cl Reaksi : C6H14+ Cl2 C6H13Cl + HCl Mol C6H13Cl = mol HCl=
0,0028 mol
mC6H13Cl = 0,0028 mol x 112,5 g/mol= 0,315 g
Cl2 sisa Reaksi : C6H14+ Cl2 C6H13Cl + HCl mol Cl2 bereaksi = mol HCl= 0,0028 mol mCl2 bereaksi = 0,0028 mol x 71 gram/mol= 0,1988 gram mCl2 sisa = Cl2 Input – Cl2 bereaksi = 10,011 g– 0,1988 g = 9,8122 gram
C6H6 sisa Reaksi : C6H14+ Cl2 C6H13Cl + HCl mol C6H14 bereaksi = mol HCl= 0,0028 mol mC6H14 bereaksi = 0,0028 mol x 80 gram/mol= 0,224 gram
mC6H14 sisa
= C6H14 Input – C6H14 bereaksi = 49,11 g – 0,224 g = 48,886 g
∑ massa output = mH2O+mHCl+ mC6H13Cl + mCl2 +mC6H6 = (75+0,1027+0,315+9,8122+48,886) gr = 134,1159 gram
VII.
PEMBAHASAN Ada beberapa cara pembuatan HCl dan NaOH saat ini. Salah satunya adalah dengan cara elektrolisis larutan garam. Praktikum ini bertujuan untuk menghitung efisiensi dan neraca massa proses pembuatan natrium hidroksida dan asam klorida dengan mengelektrolisis larutan garam dapur (air laut) menggunakan elektroda karbon sebagai anodanya dan air raksa sebagai katodanya. Pada praktikum ini dilakukan elektrolisis terhadap larutan garam dapur (NaCl) 25% dengan menggunakan elektrode karbon sebagai anoda dan raksa sebagai katoda. Pemilihan raksa sebagai katoda dikarenakan raksa dapat meminimalkan kandungan pengotor NaCl sedangkan pemilihan karbon sebagai anoda dikarenakan sifat inertnya dam memiliki potensial yang tinggi yang manpu mengoksidasi Cl-
menjadi Cl2. Arus yang digunakan saat akan melakukan
elektrolisis adalah 235 Ampere dan tegangannya adalah 10 volt. Perubahan arus dan tegangan dibaca setiap beberapa jam sekali. Arus dan tegangan konstan diperoleh pada 280 Ampere dan 5 volt dalam waktu 97200 detik. Banyaknya arus yang mengalir sebanding dengan banyaknya muatan yang mengalir tiap detik sehingga terjadi reaksi redoks pada katoda dan anoda. Berhasilnya proses elektolisis ditandai dengan adanya gelembung pada kolom heksana. Gelembung tersebut merupakan gas klor yang dihasilkan pada anoda. Pada anoda, terjadi reaksi oksidasi ion klor menjadi gas klor, reaksi ini tidak membutuhkan elektroda untuk ikut bereaksi, sehingga digunakan elekroda karbon. Sementara pada katoda, mercury akan bereaksi dengan ion natrium sehingga membentuk amalgam, yaitu campuran logam dengan logam. Dengan terbentuknya amalgam ini, maka isolasi natrium akan berjalan dengan baik, isolasi ini mencegah ion natrium bergabung kembali dengan ion klor. Selain itu, campuran logam ini dapat terpisah dengan baik hanya dengan penambahan senyawa air
diikuti sedikit pengadukan. HCl dan NaOH yang terbentuk kemudian dicek pHnya untuk memastikan bahwa proses elektrolisis sukses. Berdasarkan hasil yang didapat, diketahui bahwa pH HCl dan NaOH yang diperoleh berturut-turut adalah 1,4 dan 10,8 sehingga dapat dikatakan proses elektrolisis berjalan dengan baik. Reaksi elektrolisis yang terjadi dapat digambarkan seperti berikut : 2 NaCl
2 Na+ + 2 Cl-
2 Na+ + 2Hg + 2e-
2NaHg
2 Cl-
Cl2 + 2e-
2 NaCl + 2Hg
Cl2 + 2NaHg
Gas Cl2 yang terbentuk di anoda kemudian dialirkan ke dalam campuran heksana dengan air,sehingga terjadi reaksi klorinasi. Reaksinya sebagai berikut : C6H14 + Cl2
C6H13Cl + HCl
Dua lapisan HCl dan kloroheksana dipisahkan dengan corong pemisah. HCl berada pada lapisan bawah karena berat jenisnya lebih besar daripada kloroheksana. Sedangkan gas klor yang tidak beraksi dengan heksana ditangkap oleh CaCO3, hal ini dikarenakan gas Cl2 sangat reaktif dan beracun jika tidak diisolasi. Elektroda mercuri tercampur dengan gelembung gas sehingga membentuk semacam spons. Selain itu, pada permukaan juga terjadi pelepasan gelembung gas. Hal tersebut kemungkinan dikarenakan konsentrasi NaCl tidak mencapai titik jenuhnya, sehingga masih terdapat senyawa air bebas. Senyawa air tersebut menyebabkan amalgam Na-Hg bereaksi dengan air. Reaksi tersebut adalah sebagai berikut: 2NaHg + 2H2O
2NaOH + H2 + 2Hg
Pengujian dan analisis untuk mengetahui konsentrasi NaOH dan HCl yang terbentuk maka dilakukan titrasi. NaOH dititrasi dengan asam oksalat terlebih dahulu untuk menstandarkannya dengan standar primer (H2C2O4) kemudian NaOH yang sudah standard baru dititrasi dengan HCl hasil elektrolisis. Berdasarkan titrasi diperoleh konsentrasi HCl hasil elektrolisis sebesar 0,0268 N. Sedangkan untuk NaOH hasil elektrolisis langsung dititrasi dengan HCl 0,1N dan menghasilkan konsentrasi NaOH elektrolisis sebesar 0,0313N. Proses elektrolisis yang dilakukan ini memiliki efisiensi sebesar 3,2994% sedangkan efisiensi pembuatan NaOH dan HCl berturut-turut adalah 9,4344% dan 2%. Dari hasil yang diperoleh, dapat dikatakan nilai effisiensi yang diperoleh
tersebut sangat kecil. Hal ini dapat disebabkan oleh waktu kontak antar bahan masih kurang, padahal reaksi pembentukan HCl berjalan sangat lambat dikarenakan reaksinya dengan bahan organik. Selain itu juga konsentrasi NaCl yang digunakan masihterlalu rendah dan prosesnya tidak berjalan secara kontinyu. Efisiensi elektrolisis dapat ditingkatkan dengan memperbesar arus serta memperpanjang waktu elektrolisis. Dari percobaan dapat dibuat neraca masan. Neraca massa merupakan perhitungan semua bahan yang masuk dan keluar reactor dan akumulasi yang disebabkan oleh operasi industri dalam interval waktu. Pada keadaan steady state, nilai akumulasi sama dengan nol sehingga input sama dengan output. Berikut adalah diagram flow neraca massa yang diperoleh :
Heksana H2 O C6H13Cl Listrik H2O NaCl ClH2 O
Heksana Na
+
Cl2
HCl
Hg
H2 O NaCl
H2O NaHg
Hg H2
Hg
H2O
VIII. KESIMPULAN a. Berdasarkan hasil elektrolisis NaCl, diperoleh :
Efisiensi pembuatan NaOH
= 9,4344 %
Efisiensi pembuatan HCl
= 2%
Efisiensi elektrolisis
= 3,2994 %
b. Berdasarkan perhitungan neraca massa didapat :
Reactor eletrolisis
input = 2500 g Output = 2500 g
Reactor Hg
input = 737,486 g Output = 737,486 g
NaHg
NaOH
Reactor hidrolisis
input = 2737,486 g Output = 2737,4861 g
Reactor klorinasi
input = 134,121 g Output = 134,1159 g
IX.
DAFTAR PUSTAKA 1) https://id.wikipedia.org/wiki/Natrium_hidroksida diakses pada 29 September 2013 pukul 19.00 WIB. 2) Ralph H. Petrucci, Suminar. 1992. Kimia Dasar, Prinsip dan Terapan Modern. Jakarta : Erlangga. 3) Sugili Putra dkk. 2006. Soft file Petunjuk Praktikum Proses Kimia. Yogyakarta : STTN-BATAN 4) https://id.wikipedia.org/wiki/Asam_klorida diakses pada 29 September 2013 pukul 19.30 WIB. 5) Kundari, Noor Anis. 2008. Kimia Fisika. Yogyakarta : STTN-BATAN
Yogyakarta, 3 Oktober 2013 Asisten
Praktikan
Ir. Bangun Wasito, M.Sc
Rida Ferliana
