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 α-nitronaftalen dengan menggunakan nitrating agent campuran asam (mixed acid) merupakan substitusi elektrofilik dengan mekanisme reaksi :
O
1. H-O-NO
2+ H-O-S-O-H
⟶ H-O
+-NO
2+ HSO
4O
H
2. H-O
+-NO
2+ H
2SO
4⟶ NO
2++ H
3O
++ HSO
4H
H NO
23. + NO
2+⟶
4. HNO
2NO
2+ HSO
4-⟶
+ H
2SO
4NO
2H
2SO
4+ HNO
3⟶
+ H
2O
NaftalenTahap 1 dan tahap 2 merupakan tahap pembentukan nitril ion. Pada konsentrasi H2SO4
84-94%, 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 Naftalen 5 gram
Gelas kimia 500 ml 2 buah H2SO4 pekat 13,5 ml
Gelas kimia 250 ml 1 buah HNO3 pekat 3,5 ml
Erlenmeyer 100 ml 2 buah H2O (Aquadest) 5,5 ml
Pengaduk gelas 1 buah Air panas 50 ml
Stirer magnetik 1 buah Statif dan penjepit 2 pasang
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 5 gr Naftalen Diteteskan T = 35-50oC Pengadukan T = 35-50oC
Pemanasan dan Pengadukan T = 65-70oC
IV. DATA PENGAMATAN .1 Persiapan
Nama Zat Rumus Molekul Berat Terpakai
Massa Molekul
Naftalen C10H8 5 g 173 g/mol
Aquadest H20 5,5 mL 121 g/mol
Asam Sulfat 98% H2SO4 13,5 mL 106 g/mol
Asam Nitrat 70% HNO3 3,5 mL 40 g/mol
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
.2 Data Pengamatan Kualitatif
Reaktan Pengamatan Kondisi Proses
Asam sulfat + Asam nitrat +
Air
(Larutan A)
Terbentuk larutan yang berwarna bening seperti pada gambar di bawah.
- Dilakukan di lemari asam - Dilakukan dalam penangas es
Naftalen Hanya padatan naftalen yang disimpan
dalam Erlenmeyer 100 mL
- Dilakukan dalam lemari asam
Larutan A + Naftalen (Larutan B)
Larutan A dimasukkan ke dalam erlenmeyer yang berada dalam
penangas air. Terjadi sedikit perubahan warna pada larutan B yaitu menjadi menguning.
Kemudian larutan dipanaskan sambil terus diaduk. Warna larutan menjadi agak kecoklatan.
- 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
- t = ± 45 menit - T = ± 67˚C
- Pengadukan menggunakan magnet stirer
Setelah dipanaskan, dinginkan larutan ini dengan cara didiamkan saja Setelah dingin ± 25˚C, saring larutan
- t = ± 30 menit V. PENGOLAHAN DATA Perhitungan stoikiometri nNaftalen (C10H8) = = = 0,039 mol nH2SO4 = = 0,2535 mol nHNO3 = = 0,0783 mol Mekanisme Reaksi : (1) HNO3 + H2SO4 H2NO3+ + HSO4- Mula – mula 0,0783 0,2535 Bereaksi 0,0783 0,0783 0,0783 0,0783 Sisa 0,1752 0,0783 0,0783 (2) H2NO3+ + H2SO4- NO2+ + H3O- + HSO4 -Mula –mula 0,0783 0,0783 Bereaksi 0,0783 0,0783 0,0783 0,0783 0,0783 Sisa 0,0783 0,0783 0,0783
(3) Naftalen + (C10H8) NO2+ C10H8NO2 Mula –mula 0,039 0,0783 Bereaksi 0,039 0,039 0,039 Sisa 0,0393 0,039 (4) C10H8NO2 + HSO4- C10H7NO2 + H2SO4 Mula –mula 0,039 0,0783 Bereaksi 0,039 0,039 0,039 0,039 Sisa 0,0393 0,039 0,039
massa teoritis α-nitronaftalen (C10H7NO2) =
= 6,747 gram
massa produk α-nitronaftalen (C10H7NO2) = 5,76 gram
yield
=
=
= 85,3713 %
Titik leleh dari referensi = 59 – 60 ˚C Titik leleh berdasarkan praktikum = 60 ˚C
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 nitronaftalen. α-nitronaftalen 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
α-nitronaftalen. 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 α-nitronaftalen 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 ±67oC 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
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.
