LAPORAN NITRASI FIX 2.docx

LAPORAN PRAKTIKUM SINTESIS

α-NITRONAFTALEN

Disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Sintesis Organik Anorganik

Pembimbing : Retno Indarti Ir.MT.

Kelompok 6

Risky Febiayu Eldiana 161411053 Selina Afriani 161411054 Selly Cahyani 161411055 Servio Galih Purnomoaji 161411056

Tanggal Percobaan : 27 April 2017 Tanggal Penyerahan : 4 Mei 2017

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG TEKNIK KIMIA - D3 TEKNIK KIMIA

A. TUJUAN

Setelah melakukan percobaan ini mahasiswa diharapkan mampu : 1. Memahami karakteristik reaksi nitrasi dan penanganannya yang tepat 2. Melakukan tahapan – tahapan proses nitrasi

3. Mengidentifikasi produk nitrasi melalui pengukuran titik leleh

B. DASAR TEORI

Nitrasi adalah proses memasukkan satu atau lebih gugus nitro/nitril ion (NO2+) ke dalam senyawa organic atau bahan baku yang digunakan. Produk nitrasi dipakai secara luas sebagai solvent (nitroparafin), pewarna tekstil (α-nitronaftalen), farmasi, bahan vernis/coating (nitro sellulosa) dan bahan peledak (trinitrotoluen/TNT) dan untuk meningkatkan bilangan cetane pada bahan bakar diesel (tetranitrometana). Proses nitrasi biasanya dilakukan pada suhu dan tekanan yang cukup tinggi, waktu dan reaksi dan purifikasi lama, dan biasa melibatkan bahan baku berbasis petroleum yang bersifat racun dan karsinogenik.

Pada praktikum kali ini, naftalen dipilih karena tergolong senyawa organic yang relative aman. Tidak ada penelitian yang menunjukkan sifat karsinogenik naftalen pada manusia. Hasil penelitian IARC (The International Agency for Research of Cancer) menunjukkan bahwa naftalen menunjukkan sifat karsinogenik terhadap hewan. Kondisi ini cukup aman untuk diaplikasikan pada skala lab. Nitrasi naftalen berlangsung pada suhu 35 -75°C, tekanan 1 atm, dan waktu proses 1 jam.

Pada nitrasi, 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 80oC. Naftalen adalah molekul datar dengan dua cincin benzene yang melebur (berfusi), kedua cincin menggunakan bersama dua atom karbon. Nitrsi naftalen menjadi α-nitronaftalen dengan menggunakan nitrating agent campuran asam (mixed acid) merupakan reaksi subtitusi elektrofilik dengan mekanisme reaksi :

O

1. H-O-NO2 + H-O-SO-OH H-O+-NO2 + H2SO4

-O H

2. H-O+-NO2 + H2SO4- NO2+ + H2SO4 + H3O

H H NO2 3. + NO2 + H NO2 NO2 4. + HSO4 - + H2SO4 H2SO4 NO2 + HNO3 + H2O Naftalen α-nitronaftalen

Tahan 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 24,6% dengan rasio massa HNO3 terhadap massa bahan baku ( R ) = 1. Nilai R tergantung 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 pengadukkan sangat diperlukan. Faktor – faktor yang mempengaruhi proses nitrasi adalah:

1. Komposisi campuran asam

Campuran asam nitrat dan asam sulfat (mixed acid) merupakan nitrating agent yang menentukan keefektifan reaksi nitrasi dalam

menghasilkan yield produk yang maksimum. Nilai komposisi ini tidak selalu sama tetapi tergantung pada kondisi operasi dan peralatan nitrasi yang digunakan sehingga diperlukan adanya penelitian awal.

2. HNO3 Ratio (R)

Nilai R adalah perbandingan massa HNO3 terhadap massa bahan baku

nitrasi. Nilai ini menentukan jumlah nitril ion (NO2+_{) yang harus}

tersedia agar semua bahan baku dapat terkonversi secara optimal. 3. Konsentrasi Asam Sulfat

Semakin tinggi konsentrasi asam sulfat maka proses ionisasi asam nitrat akan semakin besar, artinya pembentukan ion nitril (NO2+_{) akan}

maksimal.

4. D.V.S. (Dehydrating Value of Sulfuric Acid)

D.V.S. adalah perbandingan antara asam sulfat dengan air yang ada di akhir proses nitrasi. Nilai D.V.S dari proses nitrasi naftalen dapat dihitung dengan persamaan berikut:

D.V.S

=

S EN

R +W

C. ALAT DAN BAHAN

 Alat 1. Reaktor 2. Penangas es 3. Kondensor 4. Tabung CaCl2 5. Termometer 6. Motor pengaduk 7. Pengaduk gelas 8. Selang silicon 9. Labu Erlenmeyer 10. Gelas ukur 11. Pipet ukur 12. Corong kaca 13. Corong tetes  Bahan 1. Naftalen 2. H2SO4 98% 3. HNO3 65% 4. Aquadest 5. Etanol 98% 14.

D. PROSEDUR PERCOBAAN

  B. Nitrasi       

Membuat campuran asam dingin dalam Erlenmeyer dengan memasukkan bahan sesuai urutan Aquadest, H2SO4, terakhir HNO3. Masukkan dalam

corong tetes

Memasang Erlenmeyer 100mL dalam penangas es dan air, ditahan dengan menggunakan klem dan statif

Menyaring kristal nitronaftalen yang terbentuk

Hentikan pengadukan biarkan selama 15 menit sehingga terpisah antara α-nitronaftalen dan sisa asam (spent acid)

Mendinginkan campuran reaksi hingga suhu 30 – 50°C (terbentuk kristal α-nitronaftalen) sampai terbentuk kurang lebih selama 15 menit

Setelah semua campuran asam habis, suhu dinaikkan dijaga pada rentang 65 – 70°C, aduk selama 1 jam

Meneteskan campuran asam dingin dalam corong tetes ke dalam reaktor penangas air. Suhu dijaga rentang 35 - 50°C.

Menimbang 5g naftalen dimasukkan dalam reaktor. Mengoperasikan kondensor dan pengaduk pada kecepatan 125 – 150 rpm



C. Pemurnian Produk 1. Pemurnian sisa asam





2. Pemurnian dari naftalen sisa

Menyaring kembali pada kertas saring yang sudah ditimbang. Diamkan selama 24 jam pada suhu 25°C

Melarutkan produk α-nitronaftalen kotor dalam air yang mendidih (100mL) untuk menghilangkan sisa asam





















B. DATA PENGAMATAN



 1. Persiapan   Bahan  Berat /Volu me  Konsentra si  Berat Jenis  Titik Leleh       Naftalen (C10H8) gram5  - _1,14 g/cm3  80,26 o_C       H2O  mL5,5  - 1 g/cm3  0 oC       H2SO4  13,5 mL  98 %  _1,84 g/cm3  10 oC       HNO3  3,5 mL  65 %  1,503 g/cm3  -42 oC Mendiamkan gelas kimia yang berisi nitronaftalen terlarut selama 48 jam

pada suhu 25°C

Menguji titik lelehnya. Titik leleh α-nitronaftalen adalah 59 - 61°C Menyaring padatan pengotor dengan kertas saring yang sudah ditimbang Menyiapkan gelas kimia 50mL yang sudah ditimbang untuk menampung

nitronaftalen yang terlarut dalam Etanol 96%

Melakukan pengadukan dengan batang pengaduk selama 5 menit Melarutkan produk α-nitronaftalen pada 25mL larutan Etanol 96%

      -Nitronaftalen  gram4,07  - _1,33 g/cm3  59 – 61 oC       



 2. Identifikasi Titik Leleh 

 Titik Leleh Produk yang terbentuk

 Titik Leleh pada literatur    50,2 ºC  59-61 ºC    





F. PENGOLAHAN DATA

A. Perhitungan Persen Massa Komposisi Campuran Asam

 Nilai R (massa HNO3 : massa Naftalen) = 1

 ρ HNO3 65% = 1,41g/mL  0,65×1,41g/mL = 0,9165g/mL  ρ H2SO4 98% = 1,84g/mL  0,98×1,84g/mL = 1,8032g/mL  Massa HNO3 = 1 ×5 = 5g   H2SO4 = 50% ; HNO3 = 15,85% ; H2O = 34,15%  Volume HNO3= _0,91655g_g /mL = 5,5mL  Massa H2SO4 = 50 ×5g 15,85 = 15,8g  Volume H2SO4 = 15,8g 1,8032g/mL

= 8,8mL

 Massa H2O = 34,15×5g 15,85 =10,17g  Volume H2O = 10,17g 1g/mL

= 10,17mL

B. Reaksi Keseluruhan:  C10H8 + HNO3  C10H7NO2 + H2O  M 0,0391 0,0800  R 0,0391 0,0391 - S - 0,0409 0,0391 0,0391

  n C10H8 = ₁₂₈5_gg /mol

= 0,0391 mol

  n HNO3 = 0,916g mL ×5,5mL 63g/mol = 0,08 mol    m C10H7NO2 = 0,0391mol ×173g/mol = 6,7643g 

 

C. Perhitungan Yield 

 %Yield = massa percobaan α_{massateoritis α} −Nitronaftalen

−Nitronaftalen x100

 = _6,76430,58gram_gramx100

 = 8,6%





G. PEMBAHASAN



 Risky Febiayu Eladiana (161411053)

 Praktikum kali ini dilakukan untuk mendapatkan α-nitronaftalen dengan metoda nitrasi atau penambahan gugus nitro pada senyawa organik. Bahan baku yang digunakan adalah naftalen sedangkan agent yang digunakan adalah campuran yang terdiri dari H2SO4, HNO3, dan H2O. H2SO4 digunakan

sebagai katalis agar HNO3 dapat terionisasi sehingga terbentuk nitril ion

(NO2+).

 HNO3 + 2H2SO4 NO2+ + H3O+ + 2HSO4

- Pada proses pembuatan campuran asam, semakin tinggi konsentrasi H2SO4

yang digunakan maka proses ionisasi asam nitrat akan semakin besar, artinya pembentukkan nitril ion akan maksimal. Sedangkan penambahan air pada proses ini bertujuan untuk mengencerkan konsentrasi asam sulfat dari 98% menjadi lebih dari 86% atau tidak kurang dari 94%. Sebab pada rentang konsentrasi tersebut persentase ionisasi asam nitrat akan lebih banyak. Dan jika asam sulfat yang digunakan tidak sesuai demgan hal tesebut maka proses tidak akan berlangsung. Pembuatan campuram asam ini dilakukan pada penangas es, karena reaksi bersifat eksoterm sehingga penangas es berfungsi untuk meminimalisir panas yang dilepas kelingkungan. Selain itu, karena alasan eksoterm pula, pencampuran mixed acid ke dalam naftalen dilakukan dengan cara diteteskan dan suhu operasinya pun hanya berkisar 35-50o_c.

Namun setelah semua campuran asam bercampur dengan naftalen suhu operasi dinaikkan menjadi 65-70o_{c dan dilakukan pengadukkan selama 1 jam.}

Hal ini dilakukan agar terjadi reaksi sempurna antara naftalen dan campuran asam.

 C10H8 + HNO3  C10H7NO2 + H2O

 Proses pendinginan dimaksudkan untuk pembentukkan kristal, karena kristal hanya terbentuk pada suhu 52-52,5o_{c. Kristal yang terbentuk dilarutkan}

dikristalkan kembali. Selanjutnya dilakukan pelarutan kristal dengan etanol untuk menghilangkan naftalen yang tidak bereaksi.

 Yield yang diperoleh dari percobaan adalah 8,6%, hal ini kemungkinan disebabkan ketidaksempurnaan reaksi nitrasi. Yang dapat terjadi karena terbentuknya air pada akhir reaksi, sehingga akan mengencerkan campuran asam dan mengurangi laju pembentukkan nitril ion. Faktor lainnya adalah pemanasan yang kurang baik, suhu operasi yang tidak tepat membuat naftalen dan campuran asam tidak bereaksi sempurna sehingga pembentukkan α-nitronaftalen pun menjadi tidak optimal.

 Titik leleh α-nitronaftalen yang dihasilkan dari percobaan adalah 50,2o_c

hal ini tidak sesuai dengan literatur yang menyatakan bahwa titik leleh α-nitronaftalen adalah 59-60o_{c. Ketidaksesuaian hasil percobaan dan literatur}

dapat disebabkan adanya kontaminan pada produk α-nitronaftalen yang dihasilkan karena proses pemurnian produk yang tidak berjalan secara optimal.



 Selina Afriani

 Pada praktikum kali ini bertujuan untuk melakukan tahapan-tahapan proses nitrasi, memahami karakteristik reaksi dan penanganannya yang tepat, serta untuk mengidentifikasi produk nitrasi melalui pengukuran titik leleh. Prinsip percobaan Nitrasi adalah pembuatan α-Nitroaftalen dari hasil mereaksikan naftalen dengan mixed acid sebagai nitrating agent.

 Langkah pertama, dibuat mixed acid dengan komposisi 8,8 mL H2SO4 98% ; 5,5 mL HNO3 65% dan 10,7 mL aquadest dengan rasio massa

HNO3 terhadap massa bahan baku nitrasi R=1,01. Nilai tersebut menentukan

jumlah nitril ion (NO2+) yang harus tersedia agar semua bahan baku dapat

terkonversi secara optimal. Asam Sulfat digunakan untuk proses ionisasi HNO3 (pembentukan nitril ion). Semakin tinggi konsentrasi H2SO4 yang

digunakan, maka semakin besar pula persentasi proses ionisasi HNO3. Hasil

reaksi campuran Asam Sulfat, Asam Nitrat, dan Aquades ini menghasilkan

larutan yang tidak berwarna (bening). Reaksi ini bersifat eksoterm sehingga harus dimasukan ke dalam penangas es dan pengerjaannya dilakukan di dalam lemari asam.

 Kemudian merangkai dan memasang alat yang akan digunakan. Setelah itu, campuran mixed acid ditambahkan tetes demi tetes ke dalam 5 gram naftalen yang sudah berada dalam reaktor sambil diaduk oleh motor pengaduk dengan kecepatan pengadukan yang konstan untuk melarutkan campuran. Ketika dilakukan penambahan mixed acid ke dalam reaktor suhu dijaga pada rentang 35 - 5 0℃ . Proses ini dilakukan di atas penangas air dalam lemari asam. Setelah semua mixed acid habis, suhu dinaikkan dan dijaga pada rentang 60 - 65 ℃ selama 60 menit. Ketika dilakukan pengamatan, terlihat larutan berubah warna dari warna bening menjadi orange.

 Setelah itu larutan didiamkan selama 15 menit untuk pendinginan dan pemisahan antara α-Nitronaftalen dengan sisa asam (spent acid). Kemudian larutan disaring dan residu hasil penyaringan dire-kristalisasi dengan melarutkannya ke dalam 100 mL Aquades yang mendidih (panas). Hal ini bertujuan untuk membilas sisa asam yang masih tertinggal. Setelah semua padatan larut, dilakukan penyaringan kembali dan residu yang didapat dikeringkan selama 24 jam di udara terbuka. Setelah kering, dilakukan pemurnian kembali dengan re-kristalisasi, endapan dilarutkan dalam 25 mL etanol 96%, kemudian didiamkan selama 48 jam supaya dapat mengkristal dengan sempurna. Kemudian kristal yang dihasilkan ditimbang dan diuji titik lelehnya.

 Dari hasil praktikum, α-Nitroaftalen yang terbentuk sebanyak 0,58 gram. Sedangkan menurut perhitungan teoritis seharusnya mencapai 6,7643 gram, sehingga diperoleh % yield sebesar 8,6%. Hal ini sangat jauh dengan teori dan bisa disebabkan karena kemurnian dari naftalen yang dipakai terkontaminasi oleh zat lain atau pada saat reaksi berlangsung naftalen tidak larut sempurna. Adapun titik leleh yang kami dapat sebesar 50,2˚C, sedangkan titik leleh α-Nitroaftalen menurut literatur seharusnya sebesar 59 - 61˚C. Hal ini disebabkan pada saat pengadukan, suhunya meledihi 65˚C. Selain itu, sebelum dilakukan uji titik leleh, kristal α-Nitroaftalen dikeringkan di dalam oven dengan suhu yang terlalu tinggi sampai α-Nitroaftalen meleleh dan

menyusut sehingga ketika dilakukan pengujian titik leleh didapatkan hasil yang cukup jauh dari literatur yang seharusnya.





 Selly Cahyani

 Pada praktikum kali ini kami melakukan percobaan Nitrasi yaitu pembuatan α-Nitroaftalen dengan mereaksikan naftalen dengan mixed acid sebagai nitrating agent. Sebelumnya kami menyiapkan alat dan bahan yang sesuai dengan kebutuhan. Kemudian langkah pertama kami membuat mixed acid dengan komposisi H2SO4 98%8,8 mL, HNO3 65% 5,5 mL, dan Aquadest

10,7 mL dengan rasio masa 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,

dan Aquades ini kemudian membentuk larutan yang berwarna bening. Reaksi ini bersifat eksoterm sehingga harus dimasukan kedalam es dan pengerjaannya dilakukan di dalam lemari asam.

 Pastikan alat sudah terpasang dengan benar. Setelah itu, campuran mixed acid sedikit demi sedikit ditambahkan kedalam 5 gram naftalen yang sudah tersedia dalam reaktor. Saat pemindahan mixed acid kedalam reaktor suhu harus berada pada sekitar 35-5 0℃ . Proses ini dilakukan diatas penangas air dan dalam lemari asam. Setelah semua tercampur dilakukan pengadukan dengan magnetik stirrer dengan kecepatan 125 – 150 rpm untuk melarutkan campuran. Suhu pada saat pengadukan yaitu sekitar 65-70 ℃

selama 60 menit. Ketika dilakukan pengamatan, terlihat larutan berubah warna dari warna bening menjadi orange.

 Setelah itu larutan didiamkan selama 15 menit untuk pendinginan dan pemisahan antara α-Nitronaftalen dengan sisa asam yang berlebih. Kemudian larutan disaring dan residu hasil penyaringan di re-kristalisasi dengan melarutkannya kedalam 100 mL Aquades. Hal ini bertujuan untuk membilas sisa asam yang masih tersisa agar hilang. Setelah semua padatan larut, dilakukan penyaringan kembali dan rsidu yang di dapat dikeringkan selama 24 jam. Setelah kering dilakukan pemurnian kembali dengan

re-kristalisasi, endapan dilarutkan dalam 25mL etanol 96% dan didiamkan selama 48 jam untuk mengkristal secara sempurna. Kemudian dilakukan uji titik leleh.

 Dari hasil praktikum didapatkan α-Nitroaftalen yang terbentuk sebanyak 0,58 gram. Sedangkan menurut perhitungan teoritis seharusnya mencapai 6,7643 gram dengan %yield sebesar 8,6%. Hal ini sangat jauh dengan teori dan bisa dikarenakan kemurnian dari naftalen yang dipakai terkontaminasi oleh zat lain atau pada saat reaksi berlangsung naftalen tidak larut sempurna. Adapun titik leleh yang kami dapat sebesar 50,2˚C, sedangkan titik leleh α-Nitroaftalen menurut literatur seharusnya sebesar 59 - 61˚C. Hal ini disebabkan pada saat pengadukan, suhunya meledihi 65˚C.





 Servio Galih Purnomoaji (161411056)

 Pada praktikum ini dilakukan percobaan pembuatan α-Nitronaftalen dengan metoda nitrasi dengan tujuan memahami karakteristik reaksi nitrasi dan penanganannya yang tepat, melakukan tahapan – tahapan nitrasi, mengidentifikasi produk nitrasi melalui pengukuran titik leleh. Senyawa hidrokarbon yang digunakan adalah naftalen dan ion nitrat berasal dari campuran asam antara air, asam sulfat dan asam nitrat.

 Pada percobaan ini digunakan penangas es pada saat pembuatan campuran asam yang terdiri dari campuran asam sulfat dan asam nitrat. Karena reaksi ini terjadi sangat eksoterm maka untuk mengendalikan panas yang dihasilkan, digunakan penangas es agar reaksi dapat terkendali. Penangas air juga digunakan pada saat pencampuran naftalen dengan campuran asam untuk menjaga panas yang dihasilkan agar tidak terlalu panas karena reaksinya berlangsung sangat eksoterm.

 Pastikan rangkaian alat sudah benar dan jangan lupa gunakan vaselin pada setiap penyambungan alat agar alat mudah dibongkar pasang. Pada saat pencampuran naftalen dengan campuran asam yang telah dibuat, dilakukan pencampuran sedikit demi sedikit agar pencampuran merata. Setelah semua tercampur dilakukan pengadukan dengan magnetik stirrer dengan kecepatan 125 – 150 rpm untuk melarutkan campuran. Setelah semua

campuran asam dingin telah habis, dilakukan pemanasan untuk menjaga suhu pada suhu optimum reaksi sekitar 65- 70°C, sambil dilakukan pengadukan selama 60 menit.

 Setelah itu didiamkan selama 15 menit untuk menunggu pemisahan antara α-Nitronaftalen dengan sisa asam yang berlebih. Kemudian dilakukan penyaringan untuk memisahkan padatan dan cairan yang terbentuk pada campuran. Residu dari hasil penyaringan tersebut di re-kristalisasi dengan melarutkannya dalam air mendidih sebanyak 100mL. Hal ini bertujuan untuk membilas sisa asam yang masih tersisa agar hilang. Setelah semua padatan larut semua, dilakukan penyaringan kembali dan residu yang didapat dikeringkan selama 24 jam pada suhu ruang untuk dikristalisasi. Setelah kering dilakukan pemurnian kembali dengan re-kristalisasi, endapan dilarutkan dalam 25mL etanol 96% dan didiamkan selama 48 jam untuk mengkristal secara sempurna. Kemudian dilakukan uji titik leleh.

 Diperleh data titik leleh sebesar 50.2 oC dari hasil α-Nitronaftalen yang di analisa. Titik leleh teoritis α-Nitronaftalen yaitu berkisar 59-61 oC, maka α-Nitronaftalen yang diperoleh masih terdapat kontaminan yang membuat hasil produk belum murni. Diperoleh yield produk sebesar 8,6% yang menandakan hasil produk di peroleh sangat sedikit. Ini bisa terjadi karena naftalen tidak larut sempurna.



H. KESIMPULAN

_

1. Nitrasi merupakan reaksi penambahan ion nitrat pada senyawa hidrokarbon



2. Tahapan proses nitrasi adalah dengan mencampurkan senyawa hidrokarbon dengan ion nitrat yang didapat dari campuran asam sulfat dan asam nitrat

3. Yield yang didapat adalah sebesar 8,6% dan titik lelehnya 50,2oC

 

I. DAFTAR PUSTAKA



 “Modul Praktikum Satuan Proses 2”.Bandung : Politeknik Negeri Bandung

 LAMPIRAN

 