Potensi Optimasi Reaksi Laboratorium – Aturan Dasar untuk Sintesis Berkelanjutan Selama mengamati beberapa reaksi dalam NOP, dapat diidentifikasi adanya beberapa kelemahan. Kelemahan ini terutama berpengaruh pada energi dan konsumsi bahan dasar atas reaksi kimia dalam laboratorium. Dengan menggunakan beberapa tindakan sederhana, masalah yang teridentifikasi dapat dikurangi atau dicegah sejak tahap perencanaan reaksi. Untuk maksud ini, aturan dasar sintesis yang berkelanjutan dapat dibuat [1]. Aturan ini dapat berperan dalam pemikiran holistik, yaitu dari awal hingga akhir proses, dan meningkatkan keberlanjutan reaksi dari tinjauan ekologi. Atutan dasar sintesis berkelanjutan – meminimalkan konsumsi energi Dampak reaksi kimia di laboratorium terhadap lingkungan sangat dipengaruhi oleh listrik yang terkonsumsi selama proses eksperimen berlangsung dan hal ini berakibat pada lingkungan yang harus menyediakan energi. Konsumsi energi yang semakin tinggi atas suatu reaksi akan menyebabkan terjadinya energi yang lepas ke lingkungan yang semakin besar pula. Dalam uraian selanjutnya, aturan dasar untuk sintesis yang berkelanjutan didefinisikan, di mana penerapannya akan berakibat pada pengurangan lepasnya energi dari suatu reaksi kimia di laboratorium. Isolator panas Peralatan eksperimen harus diisolasi sebaik mungkin Aturan dasar 1: isolasi panas Dengan adanya isolasi, koefisien transfer panas (k) dapat direduksi. Hal ini berakibat pada transfer panas yang lebih kecil dan karenanya mengurangi lepasnya energi. Energi yang lepas dapat ditekan lebih lanjut dengan membuat gradien temperatur yang lebih kecil antara medium reaksi dan lingkungan sekitarnya. Oleh karena lepasnya energi juga terkait dengan waktu, lama reaksi kimia juga mempunyai pengaruh yang besar dalam meminimalkan lepasnya energi. Untuk itulah pengetahuan atas proses reaksi kimia sangat penting. Kondisi eksperimen
Temperatur dan lama reaksi harus dibatasi seefektif mungkin
Aturan dasar 2: kondisi eksperimen Parameter lain yang berpengaruh pada hilangnya energi adalah permukaan peralatan yang memisahkan antara campuran reaksi dengan lingkungannya. Luas permukaan yang semakin kecil, semakin kecil pula lepasnya energi yang disebabkan oleh konduksi atau radiasi panas. Perbandingan antara luas permukaan dengan volume harus ditetapkan dengan baik. Pemilihan peralatan
Ukuran peralatan eksperimen harus disesuaikan dengan banyak sedikitnya bahan reaksi
Aturan dasar 3: pemilihan peralatan Perbedaan antara konsumsi energi atas beberapa metoda pemasokan energi dapat dirunut dari dua aturan dasar yang sudah dibicarakan, yaitu isolasi dan kondisi eksperimen. Oleh karena
1
isolasi sempurna atas medium pemanasan biasanya tidak dimungkinkan, maka metoda pemasokan energi yang paling cocok menjadi hal yang layak untuk diperhitungkan. Pemasokan energi
Penggunaaan mantel pemanas biasanya dipilih dalam tahap pemanasan dengan penangas minyak. Metoda-metoda baru untuk pemasok energi (misalnya gelombang mikro atau ultrasonic) dapat memberikan pengaruh positif.
Aturan dasar 4: pemasokan energi Di samping faktor besarnya energi yang lepas oleh adanya transfer panas ke lingkungan, ada faktor lain yang berpengaruh pada konsumsi energi pada suatu proses sintesis di laboratorium, yaitu materialpembantu. Jadi material pembantu yang mempengaruhi energi diperlukan dalam pemanasan dan menjaga temperatur reaksi. Material pembantu Cp
Material pembantu sebaiknya mempunyai kapasitas panas spesifik sekecil mungkin
Aturan dasar 5: kapasitas panas spesifik material pembantu Di antara material-material pembantu, perhatian khusus harus diberikan untuk pelarut, karena pelarut biasanya menempati porsi terbesar pada campuran reaksi. Oleh karena itu, persyaratan pelarut masuk pula dalam aturan dasar. Pelarut Cp
Pelarut-pelarut dipilih sedemikian rupa sehingga mereka mempunyai kapasitas panas spesifik kecil dan memerlukan temperatur reaksi rendah
Aturan dasar 6: kapasitas panas spesifik pelarut Penggunaan material pembantu masih dapat juga dioptimasi atas dasar konsumsi energi. Hubungan antara konsumsi bahan dasar dan energi merupakan hal yang sangat penting. Aturan dasar untuk sintesis berkelanjutan – meminimalkan konsumsi energi dan bahan dasar Penggunaan material pembantu yang berlebihan dalam suatu proses dan reaksi kimia memberikan pengaruh negatif pada konsumsi bahan dasar. Terlebih lagi kuantitas dari material pembantu yang digunakan berpengaruh besar pada konsumsi energi, misalnya diperlukannya tambahan energi untuk pemanasan. Hal ini berpengaruh pada konsumsi bahan dasar dan energi, yang jelas merupakan hal yang sangat penting ditinjau dari sudut pandang holistik. Seringnya material pembantu dalam suatu reaksi kimia digunakan dalam jumlah berlebih. Kuantitas material pembantu
Kuantitas material pembantu harus dikurangi ke jumlah yang benar-benar diperlukan. Eksperimen pendahuluan sangat diperlukan dan dapat membantu dalam penentuan jumlah yang tepat. Jika dimungkinkan penghilangan material pembantu harus diintegrasikan dalam reaksi.
2
Aturan dasar 7: kuantitas material pembantu Mirip dengan pelarut, air pendingin juga penting untuk ditinjau dari sudut pandang konsumsi material. Air pendingin
Aliran air pendingin harus diatur ke keperluan minimum. Penggunaan siklus air pendingin dapat mengurangi dampak terhadap lingkungan dari suatu reaksi kimia
Aturan dasar 8: Air pendingin Konsumsi air pendingin dapat dikurangi dengan menggunakan cryostat atau sirkuit pendingin, namun hal ini dapat menaikkan konsumsi energi. Apabila diperlukan es untuk mendinginkan reaksi, penggunaannya harus dibatasi oleh karena konsumsi energi yang diperlukan untuk membuatnya besar. Es
Es untuk mendinginkan reaksi harus digunakan seekonomis mungkin dengan pertimbangan untuk keamanan reaksi.
Aturan dasar 9: Es Terlepas dari kuantitasnya, karakteristik dari material yang digunakan juga mempunyai pengaruh pada dampak sintesis di laboratorium terhadap lingkungan. Berikut ini aturan-aturan dasar umum dirumuskan untuk meminimalkan dampaknya terhadap lingkungan. Perhatian difokuskan pada material pembantu. Aturan dasar untuk sintesis berkelanjutan – meminimalkan potensi toksisitas Dalam pembuatan aturan optimasi untuk meminimalkan potensi toksisitas, peran eduks atau reaktan di sini tidak diperhitungkan. Optimasi terhadap material yang secara umum tidak toksik sebenarnya lebih diinginkan, namun hal ini tidak selalu terlaksana. Permasalahan dengan pemilihan material pembantu yang digunakan merupakan hal yang perlu diperhatikan. Toksisitas pelarut
Pada saat pemilihan pelarut, toksisitas dari pelarut tersebut harus juga ditinjau. Pelarut sebaiknya tidak sampai ke lingkungan.
Aturan dasar 10: toksisitas pelarut Toksisitas material pembantu Saat memilih material pembantu, potensi toksisitasnya harus diperhatikan pula. Setelah penggunaan, material ini harus didaur ulang atau dibuang secara ramah lingkungan. Aturan dasar 11: toksisitas material pembantu Sebagaimana disebutkan di bab sebelumnya, dampak lingkungan yang besar dapat berasal dari proses pendahuluan dan akhir dari suatu reaksi. Pertimbangan atas pembuatan reaktan dan material pembantu perlu dilakukan dalam rangka untuk mengurangi dampak terhadap lingkungan dari sudut pandang holistik. 3
Aturan dasar untuk sintesis berkesinambungan – pertimbangan pembuatan awal Dalam pembuatan bahan kimia, sering menghasilkan dampak lingkungan yang besar kecilnya tergantung pada kompleksitas molekul yang dibuat. Sangat sering, dampak terhadap lingkungan ini tidak dapat diatur. Namun demikian, orang yang melakukan eksperimen dapat mengurangi pamasukan bahan kimia ke jumlah yang benar-benar diperlukan. Usaha untuk menyediakan keseimbangan aliran material untuk bahan kimia yang berbeda menjadi lebih intensif di tahun-tahun belakangan ini. Jadi pertimbangan pembuatan eduks dan material pembantu akan menjadi lebih sederhana di masa datang. Optimasi reaksi lewat pemilihan material yang pembuatannya mempunyai dampak terhadap lingkungan yang kecil adalah mungkin. Pembuatan awal
Beban yang berasal dari eduks maupun material pembantu dalam proses pendahuluan harus ditinjau dalam pemilihan material
Aturan dasar 12: peritmbangan proses pendahuluan Dalam tabel berikut (Tabel 1) semua aturan dasar untuk sintesis berkelanjutan diringkaskan. Setiap aturan dasar dilengkapi dengan piktogram yang dapat menyederhanakan dan membantu pemahamannya, seperti halnya dengan simbol bahaya. Pertimbangan atas aturan optimasi ini dapat membantu untuk mengurangi konsumsi energi dan bahan dasar dalam reaksi kimia di laboratorium, dan juga dampaknya ke lingkungan. Selanjutnya, pengambil keputusan mendatang dapat terangsang untuk menerapkan secara konsisten aturan-aturan dasar sintesis berkelanjutan dalam program training dalam rangka menuju ke pembangunan berkelanjutan. Tabel 1 Aturan dasar sintesis berkelanjutan Isolator panas Peralatan eksperimen harus diisolasi sebaik mungkin Kondisi eksperimen
Temperatur dan lama reaksi harus dibatasi pada kondisi yang diperlukan
Pemilihan perlatan
Peralatan eksperimen harus diselaraskan dengan kuantitas reaksi
Pasokan energi
Penggunaan mantel pemanas sangat baik digunakan dalam tahap pemanasan dengan penangas minyak. Metoda-metoda pemasok energi yang baru (seperti gelombang mikro atau ultrsonic) dapat memberikan pengaruh yang positif. Material pembantu seharusnya memiliki kapasitas panas spesifik sekecil mungkin
Cp material pembantu Cp pelarut
Harus dipilih pelarut dengan kapasitas panas kecil dan temperatur reaksi rendah
4
Kuantitas material pembantu
Air pendingin
Es Toksisitas pelarut
Toksisitas material pembantu
Produksi awal
Kuantitas material pembantu harus dikurangi ke jumlah yang benar-benar diperlukan. Eksperimen pendahuluan dapat membantu dalam penentuan jumlah yang tepat. Jika memungkinkan, penghilangan material pembantu harus terintegrasi ke dalam prosedur reaksi. Aliran air pendingin diatur ke jumlah minimum yang diperlukan. Penggunaan sikus air pendingin dapat berpengaruh baik pada dampak reaksi terhadap lingkungan Es untuk pendingin reaksi harus digunakan seekonomis mungkin dalam rangka keamanan reaksi Dalam pemilihan pelarut, potensi toksisitasnya harus juga diperhitungkan. Pelarut harus tidak sampai ke lingkungan. Dalam pemilihan material pembantu, potensi toksisitasnya harus juga diperhitungkan. Setelah penggunaan, material pembantu harus didaur ulang atau dibuang secara ramah lingkungan. Beban yang berasal dari eduks dan material pembantu harus diperhitungkan dalam pemilihannya
[1] Diehlmann, A., Krisel, G., Gorges, R. (2003). Contribution to „Developing Sustainability“ in Chemical Education. The Chemical Educator, 8.
5
