PEMANFAATAN NATRIUM BIKARBONAT ( SODA KUE ) DAN ASAM ASETAT ( CUKA ) SEBAGAI PROPELAN

Mata Kuliah : Kimia Terapan

Dosen : DR Mudjiyono

Kuncoro PR

S830208014/IPA/psains

A. PENDAHULUAN

Mesin roket mempunyai cara kerja yang mirip dengan mesin jet, prinsipnya dua-duanya mengandalkan sistem propulsi (gaya dorong) yang bisa disebabkan oleh:propeller/fan/atau propulsi itu sendiri. Roket, membakar bahan bakarnya sehingga hasil pembakaran langsung digunakan untuk sistem propulsi (tentu melewati beberapa tahap, yang tidak seperti mesin jet).

Mesin jet bisa dikategorikan menjadi : turbofan, turboprop, turboshaft, dan turbo jet. semuanya masuk dalam katergori gas turbine engine.

Prinsip kerjanya sederhana, udara di kompress, kemudian di bakar, dan hasilnya di ekspan oleh turbin. Selanjutnya turbin ini yang akan menghasilkan gaya dorong, bisa juga turbin di hubungkan lagi ke kompressor atau fan (turbofan) dan gearbox kemudian gearbox dihubungkan ke propeller (turboprop), untuk shaft tidak berbeda jauh dengan turboprop.

Turbo fan, kecenderungannya gaya dorong dari fan jauh lebih besar dari gaya dorong hasil eskpansi turbin meskpin tergantung speknya. Turboprop, gaya dorong hasil ekspansi turbin lebih kecil dibanding gaya dorong hasil propeller, begitu juga dengan turboshaft. dan turbojet, murni gaya dorongnya dari hasil ekspansi turbin. Mesin roket, tidak ada turbin ataupun bilah-bilah/blades yang biasa ditemui di mesin turbin.

Bahan bakar peluncur roket ( propelan ) yang digunakan pada umumnya adalah komposit jenis hydroxy terminated poly butadiene dengan oksidan ammonium perchlorate, hydrogen peroksida, aspal, gas hydrogen dan bahan bakar konvensional ( campuran belerang, arang dan sendawa ) serta dari gula.

Percobaan sains sederhana untuk bahan propelan dengan menggunakan bahan yang ada disekitar kita juga dapat digunakan dengan peralatan yang sederhana pula, yaitu dengan memanfaatkan botol bekas aqua berbahan propelan dari soda kue dan cuka.

B. SODA KUE ( NATRIUM BIKARBONAT ) DAN CUKA ( ASAM ASETAT ) SEBAGAI BAHAN PROPELAN

1. SODA KUE atau NATRIUM BIKARBONAT

Soda kue dikenal orang sebagai bahan pengembang pada adonan roti atau secara kimia disebut sodium/natrium bikarbonat ( NaHCO₃ ). NaHCO₃ dihasilkan dari hasil samping pada proses Solvay, yang merupakan reaksi dari Kalsium Karbonat, sodium klorida, amonium, dan karbon dioksida dalam air. Ini diproduksi sekitar 100.000 ton / tahun (sejak 2001).

CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

Lebih lanjut penambahan karbon dioksida untuk memproduksi sodium bikarbonat, yang pada konsentrasi tinggi akan cukup mempercepat hasil :

Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2NaHCO₃

Natrium bikarbonat mengendap sebagai padatan dari metode ini:

Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2NaHCO₃(s)

Hal ini juga dapat dibuat dari larutan amoniak, garam dapur dan karbondioksida di mana akan dihasilkan amonium klorida dasamping natrium bikarbonat.
NH₃ + CO₂ + NaCl + H₂O → NH₄Cl + NaHCO₃

Proses Solvay

2 NaCl + CaCO₃ → Na₂CO₃ + CaCl ₂

NaCl + CO₂ + NH₃ + H₂O → NaHCO₃ + NH₄Cl (I)

CaCO₃ → CO₂ + CaO (II)

2 NH₄Cl + CaO → 2 NH₃ + CaCl₂ + H₂O (III)

2 NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂ (IV)

atrium bikarbonat merupakan senyawa amphoter yang agak bersifat alkali:

HCO₃^- + H₂O → H₂CO₃ + OH ^-

Natrium bikarbonat dapat digunakan sebagai mencuci untuk menghapus apapun yang berasam. Reaksi dari sodium bikarbonat dan asam mengahsilkang garam dan asam karbonat, yang mudah terurai menjadi karbon dioksida dan air:

NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂CO₃

H₂CO₃ → H₂O + CO₂ (gas)

Reaksi dari sodium bikarbonat dan asam cuka:

NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂ (gas)

Natrium bikarbonat bereaksi dengan basa :

NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

a. Termal dekomposisi

Di atas 60°C, maka secara bertahap akan terurai menjadi sodium soda, air dan karbon dioksida. Pada suhu 200°C:

2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂

Kebanyakan bicarbonates ini mengalami reaksi dehidrasi. Lebih lanjut Pemanasan mengubah soda menjadi oksida (sekitar 1000°C):

Na₂CO₃ → Na₂O + CO₂

Hasil reaksi penguraian NaHCO₃ digunakan sebagai pemadam api.

b. Kegunaan

1. Masakan/minuman ( karbonasi )
2. Menetralkan asam dan basa
3. Keseimbangan pH ( kolam dan akuarium )
4. Pemadam api
5. Antasid asam lambung dan mulas. Infus jika acidosis, alkalosis, kegagalan jantung, ureterosigmoidostomy, komplikasi dari hyperosmolarity metabolis.
6. anti-fungi untuk ketombe disebabkan oleh jamur
7. Pembersih perabot/peralatan
8. Luka ringan
9. Mengurangi aroma bau
10. Masker wajah, dll

2. CUKA atau ASAM ASETAT

Asam asetat, asam etanoat atau asam cuka adalah senyawa kimia asam organik yang dikenal sebagai pemberi rasa asam dan aroma dalam makanan. Asam cuka memiliki rumus empiris C₂H₄O₂. Rumus ini seringkali ditulis dalam bentuk CH₃-COOH, CH₃COOH, atau CH₃CO₂H. Asam asetat murni (disebut asam asetat glasial) adalah cairan higroskopis tak berwarna, dan memiliki titik beku 16.7°C.

Asam asetat merupakan salah satu asam karboksilat paling sederhana, setelah asam format. Larutan asam asetat dalam air merupakan sebuah asam lemah, artinya hanya terdisosiasi sebagian menjadi ion H⁺ dan CH₃COO^-. Asam asetat merupakan pereaksi kimia dan bahan baku industri yang penting. Asam asetat digunakan dalam produksi polimer seperti polietilena tereftalat, selulosa asetat, dan polivinil asetat, maupun berbagai macam serat dan kain. Dalam industri makanan, asam asetat digunakan sebagai pengatur keasaman. Di rumah tangga, asam asetat encer juga sering digunakan sebagai pelunak air

a. Sifat-sifat kimia

1). Keasaman

Atom hidrogen (H) pada gugus karboksil (−COOH) dalam asam karboksilat seperti asam asetat dapat dilepaskan sebagai ion H⁺ (proton), sehingga memberikan sifat asam. Asam asetat adalah asam lemah monoprotik dengan nilai pKa=4.8. Basa konjugasinya adalah asetat (CH₃COO⁻). Sebuah larutan 1.0 M asam asetat (kira-kira sama dengan konsentrasi pada cuka rumah) memiliki pH sekitar 2.4.

2). Dimer siklis

Struktur kristal asam asetat menunjukkan bahwa molekul-molekul asam asetat berpasangan membentuk dimer yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen.Dimer juga dapat dideteksi pada uap bersuhu 120°C. Dimer juga terjadi pada larutan encer di dalam pelarut tak-berikatan-hidrogen, dan kadang-kadang pada cairan asam asetat murni. Dimer dirusak dengan adanya pelarut berikatan hidrogen (misalnya air). Entalpi disosiasi dimer tersebut diperkirakan 65.0–66.0 kJ/mol, entropi disosiasi sekitar 154–157 J mol^–1 K^–1. Sifat dimerisasi ini juga dimiliki oleh asam karboksilat sederhana lainnya.

3). Sebagai Pelarut

Asam asetat cair adalah pelarut protik hidrofilik (polar), mirip seperti air dan etanol. Asam asetat memiliki konstanta dielektrik yang sedang yaitu 6.2, sehingga ia bisa melarutkan baik senyawa polar seperi garam anorganik dan gula maupun senyawa non-polar seperti minyak dan unsur-unsur seperti sulfur dan iodin. Asam asetat bercampur dengan mudah dengan pelarut polar atau nonpolar lainnya seperti air, kloroform dan heksana. Sifat kelarutan dan kemudahan bercampur dari asam asetat ini membuatnya digunakan secara luas dalam industri kimia.

4). Reaksi-reaksi kimia

Asam asetat bersifat korosif terhadap banyak logam seperti besi, magnesium, dan seng, membentuk gas hidrogen dan garam-garam asetat (disebut logam asetat). Logam asetat juga dapat diperoleh dengan reaksi asam asetat dengan suatu basa yang cocok. Contoh yang terkenal adalah reaksi soda kue (Natrium bikarbonat) bereaksi dengan cuka. Hapir semua garam asetat larut dengan baik dalam air. Salah satu pengecualian adalah kromium (II) asetat.

Contoh reaksi pembentukan garam asetat:

Mg(s) + 2 CH₃COOH(aq) → (CH₃COO)₂Mg(aq) + H₂(g)

NaHCO₃(s) + CH₃COOH(aq) → CH₃COONa(aq) + CO₂(g) + H₂O(l)

Aluminium merupakan logam yang tahan terhadap korosi karena dapat membentuk lapisan aluminium oksida yang melindungi permukaannya. Karena itu, biasanya asam asetat diangkut dengan tangki-tangki aluminium. Asam asetat mengalami reaksi-reaksi asam karboksilat, misalnya menghasilkan garam asetat bila bereaksi dengan alkali, menghasilkan logam etanoat bila bereaksi dengan logam, dan menghasilkan logam etanoat, air dan karbondioksida bila bereaksi dengan garam karbonat atau bikarbonat. Reaksi organik yang paling terkenal dari asam asetat adalah pembentukan etanol melalui reduksi, pembentukan turunan asam karboksilat seperti asetil klorida atau anhidrida asetat melalui substitusi nukleofilik. Anhidrida asetat dibentuk melalui kondensasi dua molekul asam asetat. Ester dari asam asetat dapat diperoleh melalui reaksi esterifikasi Fischer, dan juga pembentukan amida. Pada suhu 440 °C, asam asetat terurai menjadi metana dan karbon dioksida, atau ketena dan air.

5). Deteksi

Asam asetat dapat dikenali dengan baunya yang khas. Selain itu, garam-garam dari asam asetat bereaksi dengan larutan besi(III) klorida, yang menghasilkan warna merah pekat yang hilang bila larutan diasamkan. Garam-garam asetat bila dipanaskan dengan arsenik trioksida (AsO₃) membentuk kakodil oksida ((CH₃)₂As-O-As(CH₃)₂), yang mudah dikenali dengan baunya yang tidak menyenangkan.

b. Kegunaan

Asam asetat digunakan sebagai pereaksi kimia untuk menghasilkan berbagai senyawa kimia. Sebagian besar (40-45%) dari asam asetat dunia digunakan sebagai bahan untuk memproduksi monomer vinil asetat (vinyl acetate monomer, VAM). Selain itu asam asetat juga digunakan dalam produksi anhidrida asetat dan juga ester.

C. BAHAN DAN CARA KERJA PEMBUATAN ROKET SEDERHANA

Reaksi antara soda kue dengan cuka akan menghasilkan garam asetat, air dan gas karbondioksida :

NaHCO₃(s) + CH₃COOH(aq) → CH₃COONa (aq) + H₂O (l) + CO₂ (gas)

Gas CO₂ yang terbentuk dapat dimanfaatkan dalam berbagai proyek sains. Salah satu proyek adalah dalam pembuatan roket sederhana.

1. Cara Kerja

a. Alat dan Bahan

1) Soda kue

2) Cuka Dapur

3) Botol plastik bekas 200 mL

4) Kertas tissue

5) Sumbat botol ( harus pas dengan mulut botol )

6) Gunting, tali, dll

b. Langkah percobaan

1) Isikan cuka dalam botol plastik hingga ¼ bagian, tambahkan air sampai ½ bagian botol.

2) Siapkan sumbat botol ( ringan )

3) Bungkus 1 sendok teh soda kue dengan tissue

4) Masukkan bungkusan tissue dalam botol, kemudian segera ditutup

5) Kocok botol sebentar, kemudian diletakkan di lantai

6) Tutup botol akan terlontar

2. Teori

Persamaan Gas Ideal ( Hukum Boyle-Charles-Avogadro )

PV = nRT atau PV = m/M RT

P = tekanan ( atm )

V = volume ( liter )

n = jumlah zat ( mol )

R = konstanta gas ideal ( 0,0821 L atm mol^-1 K^-1 )

T = suhu ( K )

m = massa gas ( gram )

M = massa molar ( g/mol )

Rapatan Gas

m/V = MP/RT

Laju Efusi ( keluarnya gas melalui suatu lubang ) adalah volume efusi per waktu yang dibutuhkan :

v = volume efusi/waktu yang dibutuhkan

untuk gas nyata pada n mol berlaku persamaan van der Waals :

( p +n2a/v2 ) ( V – nb ) = nRT

a, b = konstanta van der waals

Gas	a L2 atm mol-2	b L mol-1
CO2	3,59	0.0427
O2	1,36	0,0318

Perhitungan Tekanan yang dihasilkan dari reaksi antara soda kue dengan cuka

massa NaHCO₃ = 5 gram = 5g/74gmol-1 = 0,0675 mol

volume cuka = 50 mL

volume air = 50 mL

Volume ruang = 100 mL = 0,1 L

NaHCO₃(s) + CH₃COOH(aq) → CH₃COONa (aq) + H₂O (l) + CO₂ (gas)

n²a = (0,0675)² mol².3,59 L² atm mol^-2 = 0,004556. 3,59 = 0,016356 L² atm

nb = 0,0675 mol. 0,0427 L mol^-1 = 0,00288225 L

Pada suhu kamar ( 27^oC) , maka tekanan gas CO₂ yang dihasilkan adalah :

P = 17,12178 – 1,6356= 15,486 atm

Jika dianggap sebagai gas ideal , maka P_CO2 :

P = 16,62525 atm

Faktor lain yang perlu diperhatikan adalah massa tutup botol dan jenis bahan yang memiliki Mr-nya kecil sehingga menghasilkan tekanan gas yang lebih kuat gaya dorongnya.

D. KESIMPULAN

1. Soda Kue atau NaHCO₃ bersifat amfoter agak alkalis

2. Cuka asam asetat bersifat asam lemah dan dapat bereaksi dengan garam karbonat

3. Soda Kue dan cuka bereaksi menghasilkan gas CO₂ yang dapat dimanfaatkan untuk gas dorong dalam roket cuka, berdasarkan gaya tekan gas yang dihasilkan. 5 gram soda kue dan 50 mL cuka menghasilkan tekanan gas CO2 sebesar 15,486 at

E. REFERENSI

Dogra, SK. 1990. Kimia Fisik dan Soal-soal. Jakarta : UI-Press

Sukardjo. 1997. Kimia Fisika. Jakarta : PT Rineka Cipta

Suminar Achmadi. 2004. Kimia Dasar : Prinsip dan Terapan Modern, Jilid 1. Jakarta : Erlangga

http://www.pusakakimia.com/2008/04/asam-asetat.html

http://209.85.171.104/translate_c?hl=id&sl=en&u=http://www.madsci.org/experiments/archive/854444893.Ch.html&prev=/search%3Fq%3Dreaksi%2Bantara%2BNaHCO3%2Bdengan%2BCH3COOH%26hl%3Did%26sa%3DG&usg=ALkJrhhNY33XlJ92Mc87wq9JGGkhE6OHmQ

http://www.kathy-lilia.blogspot.com/2007/12/roket-jus-lemon.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_bicarbonate

http://keluargatinar.multiply.com/journal/item/18

http://onei97.wordpress.com/tag/bahan-bakar-roket/