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 tepat2. Melakukan tahapan-tahapan proses nitrasi3. 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-NO2 + H-O-S-O-H ⟶ H-O+-NO2 + HSO4-

O H

2. H-O+-NO2 + H2SO4 ⟶ NO2+ + H3O+ + HSO4

-

H

H NO2

3. + NO2+ ⟶

4. HNO2 NO2

+ HSO4- ⟶ + H2SO4

NO2

H2SO4

+ HNO3 ⟶ + H2O

Naftalen α−nitronaftalen

Tahap 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 gramGelas kimia 500 ml 2 buah H2SO4 pekat 13,5 mlGelas kimia 250 ml 1 buah HNO3 pekat 3,5 mlErlenmeyer 100 ml 2 buah H2O (Aquadest) 5,5 ml

Pengaduk gelas 1 buah Air panas 50 mlStirer 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 H2O13,5 mL H2SO4 pekat 3,5 mL HNO3 pekat

Erlenmeyer dalam penangas es

Erlenmeyer dalam penangas air

5 gr Naftalen

Diteteskan T = 35-50oC

PengadukanT = 35-50oC

Pemanasan dan PengadukanT = 65-70oC

t = 1 jam

IV. DATA PENGAMATAN

.1 Persiapan

Nama Zat Rumus Molekul Berat Terpakai

Massa Molekul

Naftalen C10H8 5 g 173 g/molAquadest H20 5,5 mL 121 g/mol

Asam Sulfat 98% H2SO4 13,5 mL 106 g/molAsam Nitrat 70% HNO3 3,5 mL 40 g/mol

Pendinginan dan PengendapanT = 52-52,5oCt = ± 30 menit

Sisa asam

Kristal α-nitronaftalen

Filtrasi

Kristal α-nitronaftalen

Pelarutan50 mL air panas

Pembentukan kristalT = 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

NaftalenHanya 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) = massanaftalenMr naftalen

= 5128

grgr /mol

= 0,039 mol

nH2SO4 = grMr

=13,598

mLgr /mol

x1.84 gr

cm3

= 0,2535 mol

nHNO3 = grMr

=3,563

mLgr /mol

x1,41 gr

cm3

= 0,0783 mol

Mekanisme Reaksi :

(1) HNO3 + H2SO4 H2NO3+ + HSO4

-

Mula – mula 0,0783 0,2535Bereaksi 0,0783 0,0783 0,0783 0,0783Sisa 0,1752 0,0783 0,0783

(2) H2NO3+ + H2SO4

- NO2+ + H3O- + HSO4

-

Mula –mula 0,0783 0,0783Bereaksi 0,0783 0,0783 0,0783 0,0783 0,0783Sisa 0,0783 0,0783 0,0783

(3) Naftalen + (C10H8)

NO2+

C10H8NO2

Mula –mula 0,039 0,0783Bereaksi 0,039 0,039 0,039Sisa 0,0393 0,039

(4) C10H8NO2 + HSO4- C10H7NO2 + H2SO4

Mula –mula 0,039 0,0783Bereaksi 0,039 0,039 0,039 0,039Sisa 0,0393 0,039 0,039

massa teoritis α-nitronaftalen (C10H7NO2) = 0.039mol x 173grmol

= 6,747 gram

massa produk α-nitronaftalen (C10H7NO2) = 5,76 gram

yield = massa teoritisα−nitronaftalen(C 10H 7NO2)massa produk α−nitronaftalen(C 10H 7NO2)

x100%

= 5,766,747

x 100%

= 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 α-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 α-

nitronaftalen (C10H7NO2) adalah 59-60oC

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.