Kinetika

(1)

TUGAS MAKALAH KINETIKA KIMIA

SAPONIFIKASI LANOLIN UNTUK PEMBUATAN KOSMETIK

Tema : Kinetika Umum

Kelompok 2

Yunita

Yunita Sari

Sari

G44140070

Indria

Indria Nur

Nur Fitriani

Fitriani

G44140083

Samuel

Samuel Pieter

Pieter

G44140092

Aniva

Aniva Rizkia

Rizkia Dewi

Dewi

G44154003

Dosen :

Prof. Dr. Dyah Iswantini Pradono, MSc. Agr

M Khotib, SSi, MSi

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2017

(2)

ABSTRAK

Percobaan ini menjelaskan mengenai kinetika saponifikasi pada lanolin dengan larutan kaustik (NaOH). Reaksi secara kuantitas yaitu stoikiometri, kelebihan larutan kaustik menghasilkan reaksi yang tidak dapat balik (irreversible). Pengaruh proses ini dapat dilihat dari beberapa parameter yang telah d ipelajari, yaitu dengan variasi larutan kaustik yang berlebih sebesar 10%-100%, temperatur pada 80°C-150°C, dan kecepatan pengadukan 400-1100 rpm. Hal ini diamati bahwa meningkatanya kelebihan larutan NaOH akan meningkatkan laju reaksi, sedangkan kenaikan suhu menurunkan laju reaksi yang biasanya terjadi pada reaksi eksotermik, energi aktivasi (Ea). Meningkatnya kecepatan pengadukan juga meningkatkan laju reaksi yang menunjukkan peran transfer massa untuk rentang suhu yang dipilih. Energi aktivasi, faktor frekuensi ditentukan. Laju reaksi telah diperkirakan sebelumnya dan untuk memeperkirakan konstanta laju reaksi dan orde reaksi n terhadap kedua reaktan digunakan metode diferensial.

(3)

Bab I

Pendahuluan

Penggunaan sabun dan kosmetik merupakan indikasi kebersihan. Frost dan Schwemer mempelajari metode diferensial (persamaan laju) untuk evaluasi kompetitif reaksi orde kedua. Vincent meneliti kinetika metanolisis minyak Brassica Carinata. Menurut laporan, reaksi metanolisis dapat digambarkan sebagai reaksi katalisator pseudo-homogen yang mengikuti mekanisme orde kedua untuk reaksi maju dan reaksi bali k dengan meningkatnya suhu dan konsentrasi katalis sehingga meningkatkan laju reaksi. Appleton meninjau saponifikasi minyak, prosedur pembuatan sabun, pewangi dan pencetakan. Orde reaksi, konstanta laju, energi aktivasi dan f aktor pra-eksponensial ditentukan untuk reaksi etil asetat dengan basa menggunakan pengukuran konduktansi. Kemudian kinetika saponifikasi untuk reaksi fasa cair homogen antara isopropil asetat dengan natrium hidroksida telah dipublikasikan.

Lanolin dan turunnya memiliki aroma dan wangi pada kosmetik. Lanolin yang memiliki sedikit bau akan digunakan sebagai produk akhir. Lanolin yang diekstraksi dan disuling dari minyak wol adalah (senyawa cincin aromatik) lemak non-gliserida yang memiliki hubungan antara asam lanolin dan alkohol lanolin yang sangat berbeda dengan minyak nabati atau lemak-lemak lainnya. Turunan senyawa tersebut digunakan untuk kosmetik, perawatan kulit, sabun bayi, losion, sampo, obat salep, balsem, minyak semir, minyak pencegahan karat, lipstik, cat kuku dan formulasi farmasi. Saponifikasi lanolin adalah studi untuk menentukan kinetika, orde reaksi, konstanta laju, energi aktivasi, reaksi terhadap panas, faktor frekuensi pra-eksponensial, laju reaksi.

Teori

Reaksi saponifikasi mempertimbangkan campuran lemak olein (berasal dari minyak biji zaitun dan kapas) dan stearin (dari lemak lemak) dengan rasio 3: 1 yang digunakan pada pembuatan sabun untuk memastikan sabun lunak dengan menggunakan olein dan

cukup padat dengan menggunakan stearin untuk keperluan toilet.

C3H5(C18H33O2)3 + 3 NaOH --- > 3 NaO2C18H33 + C3H5(OH)3

Olein Kaustik Natrium oleat Gliserol

C3H5(C18H35O2)3 + 3 NaOH --- > 3 NaO2C18H35 + C3H5(OH)3

Stearin Kaustik Natrium stearin Gliserol

Kinetika reaksi saponifikasi meliputi, (a) Penentuan orde reaksi; (b) Penentuan konstanta laju; (c) Penentuan energi aktivasi; (d) Penentuan faktor frekuensi atau faktor (pra eksponensial) dengan memvariasikan parameter (factor) proses yang sesuai, yaitu kelebihan presentase larutan kaustik, suhu, dan kecepatan pengadukan. Penelitian ini bertujuan menghasilkan presisi data konsentrasi - waktu dari operasi reaktor yang diaduk

(4)

Pemodelan dan persamaan laju

Saponifikasi disederhanakan dengan larutan dalam persamaan diferensial baik dengan pendekatan atau dengan penyelesain menggunakan metode iterasi. Persamaan diferensial digunakan untuk menyelesaikan integrasi yang sulit, seperti sebagai berikut.

r A = - dCA/dt = k CA CB (1)

Konversi fraksional sebagai berikut xA = (CAo – CA)/CAo

Diferensiasi yang didapatkan -dCA/dt = CAo dxA/dt (2)

Menghubungkan CAdan CBdengan XA ,didapatkan CA = CAo(1-xA) (3)

dan CB = CBo – 3(CAo – CA) (4)

Membagi persamaan dengan CAo, didapatkan CB/CAo = CBo/CAo – 3 (CAo – CA) / CAo

dan CB = CBo – 3 xA CAo (5)

Substitusi persamaan (2), (3) dan (5) pada persamaan (1), hasil :

CAo dxA /dt = k CAo (1 – xA) ( CBo – 3 xA CAo)

Membagi dengan CAoyang mengarah ke dxA /dt = k (1-xA)(CBo – 3 xA CAo) (6)

Memisahkan variabel, hasil: dxA / (1-xA)(CBo – 3 xA CAo) = k dt (7)

Mengintegrasikan dengan kondisi batas xA = 0, at t = 0 to xA = xA at t = t results in 0 ʃ xA d xA/(1-xA)(CBo-3 xACAo) =0 ʃ t k dt (8)

Menggunakan integrasi fraksi :

1 / [(1-xA)(CBo – 3 xA CAo)] = [ E/(1 – xA) ] + F /(CBo – 3 xA CAo) (9)

Mengalikan dengan (1-xA)(CBo - 3 xA CAo),

1 = E (CBo – 3 xA CAo) + F (1 – xA) (10)

1 = E CBo – 3E xA CAo + F – FxA

Menyetarakan koefisien pada XA°, didapatkan 1 = E CBo+ F (11)

E = 1 / (CBo – 3CAo) (12)

dan F = - 3 CAo - / (CBo – 3 CAo) (13)

Substitusi persamaan (12) dan (13) pada persamaan (9) dan didaptakan

(5)

Bab II

Metode

Labu reaktor tiga leher memiliki pengadukan dan pengatur pemanas serta pengambilan sampel dari suntikan kaca dengan ujung jarum yang dipanjangkan dengan

tabung karet neoprene untuk menarik sampel dari fase yang berbeda.

Berat dari lanolin dan larutan kaustik memiliki kekuatan ketika direaksikan pada pengaduk dan dipanaskan pada kaca rakitan reaktor yang digunakan untuk mengoperasikan reaktor pada suhu konstan. Sebelum memulai reaksi konsentrasi CAo dan CBo diperkirakan.

Penambahan kaustik harus lambat sebab reaksi yang cenderung berbuih. Sampel diambil pada interval yang telah ditentukan sebelumnya untuk analisis menggunakan titrasi

(6)

Bab III

Hasil dan Pembahasan

Percobaan mempertimbangkan variasi dalam tiga parameter, yaitu kelebihan larutan NaOH (10% - 100%), suhu 85°C-150°C, dan kecepatan pengadukan 400-1100 rpm.

Metode diferensial dilakukan untuk memperkirakan konstanta laju reaksi dan orde reaksi yang diambil dari kemiringan berbeda pada konsentrasi yang berbeda pula dengan titik tangen pada plot konsentrasi terhadap waktu. Nilai kemiringan mewakili dCA/dt (laju

reaksi dengan pereaksi A yang membatasi) dan intersep sama dengan ln k.

Gambar 2 Menentukan konstanta laju dari data CA-t

Gambar 2 menunjukkan data konsentrasi terhadap waktu dengan kemiringan pada kurva didapatkan konstanta laju reaksi k = 0.0164 mol/L menit pada suhu 100°C. Data menggambarkan penurunan pada luas kemiringan untuk ti tik-titik yang artinya saat reaksi berlangsung terjadi penurunan laju reaksi dengan penurunan konsentrasi.

(7)

Tabel 1 Data kinetik pada saponifikasi

Time,tmin CA(mol/lit) XA CB(mol/lit) ln(CA) ln(CB) -dCA/dt -dCB/dt -ln

dCA/dt -ln dCB/dt 0.0 0.312 0.000 2.844 -1.165 1.045 0 0 10 0.148 0.525 2.153 -1.911 0.767 0.01639 0.0691 -4.1111 -2.6722 20 0.079 0.747 2.145 -2.538 0.763 0.01165 0.0350 -4.4524 -3.3524 30 0.058 0.815 2.081 -2.847 0.733 0.00846 0.0254 -4.7724 -3.6730 35 0.047 0.849 2.050 -3.058 0.718 0.00757 0.0227 -4.8836 -3.7854 40 0.026 0.917 1.986 -3.650 0.686 0.00715 0.0215 -4.9406 -3.8397

Pengaruh suhu pada konstanta laju reaksi dapat dilihat pada Gambar 3. Logaritma natural pada k berbanding terbalik terhadap suhu absolut. Gambar tersebut menunjukkan linieritas,

hubungan antara ln k dan 1 / T untuk plot Arrhenius.

ln k = - (Ea/R g)(1/T) + ln A

dengan kemiringan yaitu -(Ea / R g) mewakili nilai negatif energi aktivasi dibagi dengan

tetapann tetapan hukum gas ideal. Nilai intersep (ln A) untuk faktor frekuensi. Nilai – nilai energi aktivasi dan faktor frekuensi didapatkan dari,

Ea expt = - 23.4 J/mol dan Aexp = 9.84(10)-5 lit/(mol.min)

Gambar 3 Plot Arrhenius menunjukkan ketergantungan suhu terhadap k

Nilai energi aktivasi terendah menunjukkan bahwa reaksi saponifikasi terjadi secara cepat pada suhu kisaran 85°C-150°C, dan pembatas energi yang dibutuhkan oleh molekul untuk bercampur dan saling bertumbukkan sehingga reaksi terjadi dan menghasilkan produk.

(8)

Tabel 2 Ketergantungan suhu terhadap konstanta laju reaksi spesifik

Temp, °C Temp, K 1/T (K) Reaksi spesifik konstanta laju k, mol/(lit.min) ln( k) 80 353 0.00281 0.00396 -5.5315 90 363 0.00277 0.0080 -4.8271 100 373 0.00270 0.0164 -4.1105 110 383 0.00268 0.0429 -3.1489 120 393 0.00260 0.1004 -2.2986 150 423 0.00236

-Gambar 4 menjelaskan pengaruh peningkatan persentase larutan NaOH berlebih pada konstanta laju reaksi K exp. Nilai konstanta laju reaksi k bervariasi secara linear dengan

peningkatan persentase kaustik yang ditambahkan pada reaksi saponifikasi sehingga peningkatan larutan NaOH dapat meningkatkan laju reaksi.

Gambar 4 Kelebihan NaOH terhadap konstanta laju reaksi k

Gambar 5 menggambarkan ln (-dCB/ dt) terhadap ln (CB). Kemiringan memberi nilai nB=

1 sehingga hasil eksperimen menunjukkan orde reaksi untuk kedua reaktan nA = 1,42 dan

nB = 1.04 sehingga orde reaksi total adalah 2.46. Hasil ini sesuai dengan reaksi ester yang

identik dengan reaksi saponifikasi. Nilai indeks refraktif menurun dengan konversi sampai konversi 50% dan terjadi peningkatan setelahnya. Indeks refraktif berhubungan terbalik dengan densitas yang menjelaskan perilaku ini secara jelas. Selain l arutan NaOH terhadap

(9)

lemak, kepadatan lemak meningkat dan indeks refraktif mengalami penurunan. Saat sabun terbentuk, kepadatannya kembali menurun dan indeks r efraktif meningkat.

Gambar 5 Plot ln (-dCA/dt), dan ln(-dCB/dt) versus CA, dan CB

Pentingnya menambahkan kelebihan larutan kaustik dapat dilihat pada Gambar 5 dengan memplotkan ln (-dCA / dt), dan ln (-dCB / dt) terhadap CA, dan CB. Plot ini menghasilkan

orde reaksi saponifikasi pada lanolin nA= 1,42 dan untuk soda kaustik nB = 1,04 sehingga

(10)

SIMPULAN

Penambahan persentase kelebihan larutan NaOH berperan penting dalam reaksi saponifikasi. Nilai konstanta laju ditunjukkan pada Tabel 2. Nilai konstanta laju reaksi k bervariasi secara linear dengan peningkatan persentase kaustik yang ditambahkan pada reaksi saponifikasi sehingga peningkatan larutan NaOH dapat meningkatkan laju reaksi. Saponifikasi lanolin menunjukkan orde reaksi untuk lanolin nA= 1,42 dan untuk kaustik

soda nB = 1,04. Jadi urutan keseluruhan n = nA + nB = 2,46. Saponifikasi lanolin

menunjukkan energi aktivasi ringan dengan Ea=-23,4J/mol dan Aexp=9,84(10) -5_L/(mol.min).

(11)

DAFTAR PUSTAKA

Appleton HA. 2007. The Handbook of Soap Manufacture. London (USA): Scott Greenwood & Son.

Frost A A, Schwemer WC. 1952. The kinetics of competitive consecutive second order reactions - the saponification of ethyl adipate and of ethyl succinate. Journal of American Chemical Society. 74:1268-1273

Garu MG, Nougues JM, Puigjaner L. 2002. Comparative study of t wo chemical reactions with different behavior in laboratory 2 liters batch and semi-batch reactors. Chemical Engineering Journal . 88: 225-232.

Ma JJ, Ma LY, Zhang ZQ, Wang YQ, Zhang H, Duan QF.2014. Study and modeling on saponification dynamics of the mixture of insect wax and oil tea camellia seed oil. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research. 6(4): 568-574

Newberger MR, Kadlec RH. 1973. Kinetics of the saponification of diethyl adipate. American Institute of Chemical Engineers Journal . 19(5):1272-1275.

Patil TA. 2016. Saponification of Lanolin for Cosmetic Applications. International Journal of Advanced Scientific and Technical Research. 6 (1): 495-503. ISSN 2249-9954 Raghad, Fareed, Kassim, Almilly. 2014. Kinetics of the Saponification of Mixed Fats

Consisting of Olein and Stearin. Journal of Engineering . 20: 144 – 159.

Vincente G, Martinez M, Aracil J. 2006. Kinetics of Brassica Carinata Oil Methanolysis. Energy Fuels. 20(4):1722-1726