Praktikum Kelarutan Sebagai Funsi Temperature

BAB II KINETIKA REAKSI SAPONIFIKASI ETILASETAT

2.1.

Tujuan Percobaan 1. Untuk memberikan gambaran bahwa reaksi penyabunan etilasetat oleh ion hidroksi adalah reaksi orde dua. 2. Menentukan konstanta kecepatan reaksi pada reaksi tersebut.

2.2. Tinjauan Pustaka Kinetika kimia merupakan bagian dari ilmu Kimia Fisika yang mempelajari tentang kecepatan reaksi-reaksi kimia dan mekanisme reaksi-reaksi yang bersangkutan. Tidak semua reaksi kimia dapat dipelajari secara kinetik. Reaksireaksi yang berjalan sangat cepat seperti reaksi-reaksi ion atau pembakaran dan reaksi-reaksi yang sangat lambat seperti pengkaratan, tidak dapat dipelajari secara kinetik. Diantara kedua jenis ini, banyak reaksi-reaksi yang kecepatannya dapat diukur. Ditinjau dari fase zat yang bereaksi, dikenal dua macam reaksi, yaitu : a. Reaksi homogen, yaitu reaksi dimana tidak terjadi perubahan fase. b. Reaksi heterogen, yaitu reaksi dimana terjadi perubahan fase.

Kecepatan reaksi adalah kecepatan perubahan konsentrasi terhadap waktu, jadi −

dc tanda negatif menunjukkan bahwa konsentrasi berkurang bila waktu dt

bertambah. (Sukardjo, “Kimia Fisika”, hal: 323-324)

Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi : 1. Sifat dasar pereaksi Zat-zat berbeda secara nyata dalam lajunya mereka mengalami perubahan kimia. Molekul hidrogen dan flour bereaksi secara meledak, bahkan pada temperatur kamar, dengan menghasilkan molekul hidrogen fluorida. H2 + F2

2HF

(sangat cepat pada temperatur kamar)

Pada kondisi serupa, molekul hidrogen dan oksigen bereaksi begitu lambat, sehingga tak nampak sesuatu perubahan kimia : 2H2 + O2

2H2O (sangat lambat pada temperatur kamar)

2. Temperatur Laju suatu reaksi kimia bertambah dengan naiknya temperatur. Kenaikan laju reaksi ini dapat diterangkan sebagian sebagai lebih cepatnya atom-atom bertabrakan satu sama lain. 3. Katalis Suatu zat yang meningkatkan kecepatan suatu reaksi kimia tanpa dirinya mengalami perubahan yang permanen. Suatu katalis diduga mempengaruhi kecepatan reaksi dengan salah satu jalan : a. Pembentukan senyawa antara (katalis homogen) b. Adsorpsi (katalis heterogen)

4. Konsentrasi Laju suatu reaksi dapat dinyatakan sebagai laju berkurangnya konsentrasi suatu pereaksi, atau sebagai laju bertambahnya konsentrasi suatu produk. (Keenan, “Kimia Untuk Universitas”, hal: 518-524)

Saponifikasi adalah suatu reaksi yang menghasilkan sabun dan gliserol, dengan menghidrolisa dengan basa, suatu lemak atau minyak. (Keenan. “Kimia Untuk Universitas”, hal. 679)

Menurut Hukum Kegiatan Massa, kecepatan reaksi pada temperatur tetap, berbanding lurus dengan konsentrasi pengikut-pengikutnya dan masing-masing berpangkat sebanyak molekul dalam persamaan reaksi. Orde reaksi 1 : A

hasil

Rate = k1.CA. Orde reaksi 2 : 2A

hasil

Rate = k2. C2A. A+B

hasil

Rate = k2.CA.CB Orde reaksi 3 : A + 2B

hasil

Rate = k3.CA.C2B. 2A + B Rate = k3.C2A.CB.

hasil

(Sukardjo, “Kimia Fisika”, hal: 319-320)

Untuk memberikan gambaran bahwa reaksi penyabunan etilasetat oleh ion hidroksi adalah orde dua yaitu reaksi dibawah ini : CH3COOC2H5 + OHt=0

t=t

CH3COO- + C2H5OH

a

b

-

-

x

x

x

x

(a-x)

(b-x)

x

x

(Sukardjo, “Kimia Fisika”, hal. 334)

Reaksi bimolekuler tingkat dua dapat dinyatakan sebagai berikut : A + B t=0

a

b

t=t

a–x b–x

hasil-hasil 0 x

dx = k 2 ( a − x )( b − x ) dt Dimana : a = konsentrasi awal ester (mol/L) b = konsentrasi awal ion OH- (mol/L) x = jumlah mol/L ester atau basa yang telah bereaksi k2 = tetapan laju reaksi (mmol-1.menit-1) Intregasi : k2 =

1 b( a − x ) ln t( a − b) a( b − x )

k2 =

2,303 b( a − x ) log t( a − b) a( b − x )

(Sukardjo, “Kimia Fisika”, hal.331)

Untuk dapat menentukan apakah suatu reaksi orde dua atau bukan dapat diselidiki seperti pada reaksi tingkat satu yaitu : 1. Dengan memasukkan harga a, b, t dan x pada persamaan : k2 =

1 b( a − x ) ln t(a − b) a ( b − x )

Bila harga-harga k2 tetap maka reaksi orde dua. 2. Secara grafik t=

2,303 b( a − x ) 2,303 b log + log k 2 ( a − b) a( b − x ) k 2 ( a − b) a

Bila reaksi orde dua maka grafik t terhadap log

(a − x) ( b − x)

merupakan garis lurus

tangen atau slope : slope = k2 =

2,303 k 2 ( a − b)

2,303 slope( a − b )

Untuk konsentrasi sama : 1 1 = a−x a 1 1 t= − k 2 ( a − b) k 2a

k2 =

Jadi grafik

1 harus lurus bila reaksi orde dua. a−x

3. Half life period tidak dapat dipakai untuk menyelidiki tingkat reaksi, dimana konsentrasi A dan B berbeda, karena A dan B akan mempunyai waktu berbeda untuk bereaksinya setengah jumlah zat tersebut.

(Sukardjo, ”Kimia Fisika”, hal: 332-333)

Reaksi-reaksi orde I adalah reaksi-reaksi yang lajunya berbanding langsung dengan konsentrasi reaktan, yaitu: −

d[ C ] = k [ C] dt

yang pada integrasi memberikan ln [C] = ln [C]0 – kt atau

[C] = [C]0 e-kt

atau

k

=

[ C] 1 ln 0 [ C] t

[C]0 adalah konsentrasi reaktan pada t = 0. Untuk reaksi-reaksi orde I, plot ln [C] (atau log [C]) terhadap t merupakan suatu baris lurus. Intersep memberikan konsentrasi pada t = 0 dan k dapat dihitung dari kemiripan tersebut. Dalam reaksi orde II, laju reaksi berbanding langsung dengan kuadrat konsentrasi dari satu reaktan atau dengan hasil kali konsentrasi yang meningkat sampai pangkat satu atau dua 1. Kasus I 2A

−

Produk d[ A ] 2 = k [ A] dt

yang pada integrasi memberikan 1 1 = + kt [ A] [ A] 0 dimana [A]0 adalah konsentrasi reaktan pada t=0.

2. Kasus II aA + bB

Produk

dimana a ≠ b dan [A]0 ≠ [B]0, persamaan laju diferentsial adalah -

1 d[ A ] 1 d[ B] == k [ A ] [ B] a dt b dt

dan persamaan laju yang diintegrasi adalah  [ B] [ A ]  1  = kt ln  0 b [ A ] 0 - a [ B] 0  [ B] [ A ] 0  Jika a = b = 1, persamaan diatas menjadi  [ B] [ A ]  1  = kt ln  0 [ A] 0 - [ B] 0  [ B] [ A] 0  Plot kiri dari persamaan diatas terhadap t akan merupakan garis lurus. Konstanta laju dapat dihitung dari kemiripan dan konsentrasi awal reaktan dari intersep tersebut. (S. K. Dogra & S. Dogra. Kimia Fisika dan Soal-soal, hal : 626-629)

Sabun merupakan garam logam alkali dengan rantai asam monocarboxylic yang panjang. Larutan Alkali yang digunakan dalam pembuatan sabun bergantung pada jenis sabun tersebut. Larutan alkali yang biasanya digunakan pada sabun keras adalah natrium hidroksida dan alkali yang biasanya digunakan pada sabun lunak adalah kalium hidroksida. Sabun berfungsi untuk mengemulsi kotoran – kotoran berupa minyak ataupun zat pengotor lainnya. Sabun dibuat melalui proses saponifikasi lemak minyak dengan larutan alkali membebaskan gliserol. Lemak minyak yang

digunakan dapat berupa lemak hewani, minyak nabati, lilin, ataupun minyak ikan laut. Pada saat ini, teknologi sabun telah berkembang pesat. Sabun dengan jenis dan bentuk yang bervariasi dapat diperoleh dengan mudah di pasar mulai dari sabun mandi, sabun cuci baik untuk pakaian maupun untuk perkakas rumah tangga, hingga sabun yang digunakan dalam industri. Kandungan zat – zat yang terdapat pada sabun juga bervariasi sesuai dengan sifat dan jenis sabun. Zat – zat tersebut dapat menimbulkan efek baik yang menguntungkan maupun yang merugikan. Oleh karena itu, konsumen perlu memperhatikan kualitas sabun dengan teliti sebelum membeli dan menggunakannya. Pada pembuatan sabun, bahan dasar yang biasa digunakan adalah : C12-18. Jika kurang dari C12 akan menyebabkan iritasi pada kulit dan jika lebih dariC 20, kurang larut (digunakan sebagai campuran). (www.course.usu.ac.id)

2.3. Alat dan Bahan A. Alat-alat yang digunakan : -

buret

-

statif lengkap

-

beakerglass

-

labu ukur

-

Erlenmeyer

-

pipet volume

-

pipet tetes

-

karet penghisap

-

gelas arloji

-

corong kaca

-

botol aquadest

-

batang pengaduk

-

stopwatch

-

timbangan digital

B.

Bahan-bahan yang digunakan : -

etilasetat (CH3COOC2H5)

-

asamoksalat (C2H2O4.2H2O)

-

natriumhidroksida (NaOH)

-

indikator phenolphtalien (C20H14O4)

-

asamklorida (HCl)

-

aquadest (H2O)

2.4. Prosedur Percobaan 1. Menyediakan 250 mL larutan etilasetat dengan konsentrasi 0,04 N. 2. Menyediakan 250 mL larutan HCl dengan konsentrasi 0,04 N. 3. Menyediakan 250 mL larutan NaOH 0,04 N dan 100 mL larutan asam oksalat 0,04 N, memipet 10 mL asamoksalat dan menambahkan 2 tetes indikator pp kemudian menitrasi dengan NaOH. Mengulangi percobaan sebanyak 3 kali.

4. Menyiapkan 40 mL larutan NaOH 0,04 N dan 40 mL larutan etilasetat 0,04 N, masing-masing ke dalam sebuah Erlenmeter. Memasukkan 20 mL larutan HCl 0,04 N ke dalam 6 buah Erlenmeyer. 5. Mencampurkan larutan etilasetat pada larutan NaOH dan mengocoknya dengan baik, mencatat waktu pada saat kedua larutan bercampur. 6. Setelah 5 menit, memipet 10 mL dari campuran NaOH dan etilasetat tersebut kemudian memasukkannya ke dalam salah satu Erlenmeyer yang berisi 20 mL larutan HCl. 7. Mengaduk dengan baik, kemudian memasukkan 2 tetes indikator pp dan menitrasinya dengan larutan NaOH 0,04 N. 8. Melakukan pengambilan larutan seperti pengerjaan pada langkah ke-6 pada

menit ke 10, 15, 20, 25,dan 30. 2.5. Data Pengamatan Tabel 2.5.1. Data standardisasi larutan NaOH dengan larutan asamoksalat No

Volume asamoksalat (mL)

Volume titrasi NaOH (mL)

1.

10

8,9

2.

10

9,1

3.

10

9

Tabel 2.5.2. Data volume titrasi larutan NaOH terhadap larutan HCl sisa dalam berbagai waktu

No

Waktu

Volume titrasi NaOH (mL)

1.

5

19,2

2.

10

19,9

3.

15

20,3

4.

20

21

5.

25

22,1

6.

30

22,3

2.6. Persamaan Reaksi A. Standardisasi NaOH dengan asamoksalat C2H2O4.2H2O + (asamoksalat)

2NaOH

(natriumhidroksida)

NaC2O4

+ 4H2O

(natriumoksalat)

(air)

(http//www.titration-question-please-help)

B. Penentuan konstanta laju reaksi CH3COOC2H5 + 2NaOH (etilasetat)

(natriumhidroksida)

CH3COONa + C2H5OH + NaOH sisa (natriumasetat)

(etanol)

(natriumhidroksida) (Hart suminar, “Suatu Kuliah Singkat Kimia Organik”, Edisi VI, hal.242)

NaOH sisa

+

2HCl

(natriumhidroksida) (asamklorida)

HCl sisa

+

(asamklorida)

NaOH (natriumhidroksida)

NaCl

+ H2O + HCl sisa

(natriumklorida)

NaCl

+

(natriumklorida)

(air)

(asamklorida)

H2O (air)

(Vogel, “Analisa Organik Kualitatif”, hal: 29-30)

2.7. Hasil Perhitungan

A. Membuat larutan etilasetat 0,04 N sebanyak 250 mL Diketahui : ρ CH 3COOC 2 H 5 = 0,894 g/mL [CH3COOC2H5] N=

N=

= 100 %

% × ρ CH 3COOC 2 H 5 × 1000 BE CH 3COOC 2 H 5

1 × 0,894 × 1000 88

= 10,16 N × N1

V1

V2 × N2

=

V1 × (10,16 N) = (250 mL) × (0,04 N) V1

=

0,9842 mL

Jadi untuk membuat larutan etilasetat 0,04 N sebanyak 250 mL adalah dengan memipet 0,98 mL etilasetat 100% dan mengencerkan dengan aquadest sampai volume 250 mL. B. Membuat larutan HCl 0,04 N sebanyak 250 mL Diketahui : ρ HCl

= 1,19 g/mL

[HCl] = 37 % N=

% × ρ HCl × 1000 BE HCl

N=

0,37 × 1,19 × 1000 36,5

= 12,06N V1 ×

N1

=

V2 × N2

V1 × (12,06 N) = (250 mL) × (0,04 N) V1

= 0,8291 mL

Jadi untuk membuat larutan HCl 0,04 N sebanyak 250 mL adalah dengan memipet 0,83 mL HCl 37% dan mengencerkan dengan aquadest sampai volume 250 mL. C. Pembuatan larutan NaOH 0,04 N sebanyak 250 mL =

W 1000 × BE V

0,04 =

W 1000 × 40 250

N

W

= 0,4 g

Jadi untuk membuat larutan NaOH 0,04 N sebanyak 250 mL adalah dengan menimbang NaOH sebanyak 0,4 g dan melarutkan dengan aquadest sampai volume 250 mL. D. Pembuatan larutan asamoksalat 0,04 N sebanyak 100 mL N =

W 1000 × BE V

0,04 =

W 1000 × 63 100

W = 0,252 g Jadi untuk membuat larutan asamoksalat 0,04 N sebanyak 100 mL adalah dengan menimbang asamoksalat sebanyak 0,252 g dan melarutkan dengan aquadest sampai volume 100 mL. E. Standardisasi larutan NaOH dengan asamoksalat Volume titrasi : I = 8,9

II = 9,1 III = 9 Volume titrasi rata − rata =

8,9 + 9,1 + 9 3

=9 (V × N)asamoksalat

= (V × N)NaOH

(10) × (0,04)

= (9) × NNaOH

NNaOH

=

0,044 N

Jadi normalitas NaOH adalah 0,044 N. F. Menentukan jumlah mol HCl awal

Mmol HClawal = N × VHCl awal = (0,04) × (20) =

0,8 mmol

G. Menentukan jumlah mmol HCl titrasi (HCl sisa) Misal : untuk t = 5 menit mmol HCl titrasi = N × V NaOH penitrasi = (0,044) × (19,2) = 0,8448 mmol H. Menentukan jumlah mmol HCl bereaksi mmol HCl bereaksi = mmol HCl awal - mmol HCl sisa mmol HCl bereaksi = 0,8 - 0,8448 = 0,0448 mmol mmol HCl bereaksi = mmol NaOH sisa (dari etilasetat) Dengan cara yang sama didapat mmol NaOH seperti pada tabel berikut :

Tabel 2.7.1. Data perhitungan mmol HCl bereaksi Waktu (menit)

HCl beraksi (mmol)

HCl sisa (mmol)

5

0,0448

0,8448

10

0,0756

0,8756

15

0,0932

0,8932

20

0,124

0,924

25

0,1724

0,9724

30

0,1812

0,9812

I. Menghitung jumlah mmol NaOH yang bereaksi (N × V)NaOH awal

= mmol NaOH sisa + mmol NaOH bereaksi

(N × V) awal

= mmol NaOH sisa + mmol NaOH bereaksi

Misal : untuk t = 5 menit (N × V) awal (0,044) × (40)

= mmol NaOH sisa + mmol NaOH bereaksi = 0,0448 + mmol NaOH bereaksi

mmol NaOH bereaksi = 1,7152 Jadi mmol NaOH bereaksi = 1,7152 mmol Dengan cara yang sama diperoleh jumlah NaOH yang bereaksi : Tabel 2.7.2. Hasil perhitungan mmol NaOH yang bereaksi Waktu (menit)

NaOH bereaksi (mmol)

NaOH sisa (mmol)

5

1,7152

0,0448

10

1,6844

0,0756

15

1,6668

0,0932

20

1,636

0,124

25

1,5876

0,1724

30

1,5788

0,1812

J. Menghitung konstanta kecepatan reaksi k=

1 1 1 -   t a-x a

Dimana : a = NaOH campuran (mmol) t = waktu (menit) x = mmol NaOH yang bereaksi (mmol) 1    k = konstanta laju reaksi   mmol.menit 

untuk t = 5 menit : k=

1 1 1  −   5  1,76 − 1,7152 1,76 

= 4,3562 mmol-1.menit-1 Dengan cara yang sama akan diperoleh harga k seperti pada tabel berikut :

Table 2.7.3. Data perhitungan konstanta laju reaksi t (menit)

1 (mmol) a−x

1 (mmol) a

5

22,3214

0,5682

4,350646

10

13,2275

0,5682

2,531863

15

10,7296

0,5682

2,032283

20

8,0645

0,5682

1,499263

25

5,8005

0,5682

1,046453

30

5,5188

0,5682

0,990113

harga k rata-rata =

1 1 1 −  k=  ta-x a

4,3562 + 2,5408 + 2,0432 + 1,5133 + 1,0651 + 1,0095 6

= 2,075103 mmol-1.menit-1

K. Menghitung persamaan garis linier Tabel 2.7.4. Data perhitungan persamaan garis linier x (waktu)

y=

1 (mmol) a−x

x.y

x2

5

22,3214

111,607

25

10

13,2275

132,275

100

15

10,7296

160,944

225

20

8,0645

161,29

400

25

5,8005

145,0125

625

30

5,5188

165,564

900

∑x = 105

∑y = 65,6623

∑xy = 876,6925

Persamaan garis linier y = a + bx Dimana : n =6 dan ∑(x)2 =(105)2 = 11025 Rumus :

( ∑ y)( ∑ x ) − ( ∑ x )( ∑ xy) n(∑ x ) − ( ∑ x ) 2

a =

=

2

2

( 65,6623)( 2275) − (105)( 876,6925) ( 6)( 2275) − (105) 2

= 21,83963 b=

=

n ( ∑ xy ) − ( ∑ x )( ∑ y ) n

(∑ x ) − (∑ x) 2

2

( 6)( 876,6925) − (105)( 65,6623) ( 6)( 2275) − (105) 2

= -0,622623 Maka persamaan garisnya : y = a + bx y = 21,83963 – 0,622623x Tabel 2.7.5. Data grafik untuk x (t) dan y (1/a-x) (x) waktu

y=

1 (mmol-1.menit-1) a−x

∑x2 = 2275

5

22,3214

10

13,2275

15

10,7296

20

8,0645

25

5,8005

30

5,5188

2.8. Grafik

25

1/(a-x)(1/mmol.menit)

20 15 10 5 y = -0.6226x + 21.84 0 0

10

20

30

40

t (m enit)

Gambar 2.8.1. Grafik hubungan antara t (menit) dengan

1 (mmol) a−x

8.9. Pembahasan A. Dari grafik 2.8.1. Hubungan antara konstanta laju reaksi terhadap waktu adalah berbanding terbalik dimana semakin lama waktu pengocokan maka konstanta laju reaksi semakin kecil. Hal ini tidak sesuai dengan teori bahwa semakin lama waktu pengocokan maka konstanta laju reaksi juga semakin besar. Hal ini disebabkan karena : -

Kekurang telitian dalam penimbangan bahan

-

Pembacaan volume titrasi yang kurang akurat

-

NaOH mudah menguap karena bersifat higroskopis

- Pengocokkan larutan yang kurang sempurna sehingga menyebabkan larutan tidak tercampur dengan baik - HCl mudah menguap sehingga konsentrasi HCl menjadi berkurang . B. Dari hasil percobaan diperoleh harga k sebesar - 0,6225 mmol-1.menit-1, dimana harga k hasil percobaan berbeda dengan harga k hasil perhitungan yaitu sebesar 2,0751 mmol-1.menit-1. Perbedaan ini disebabkan oleh adanya sifat HCl yang mudah menguap sehingga menyebabkan konsentrasi HCl berkurang. 2.10. Kesimpulan Dari hasil percobaan diperoleh harga konstanta kecepatan reaksi sebesar 2,0751 mmol-1.menit-1.