PROSES ELEKTROLISIS PADA AIR REVERSE OSMOSIS SEDERHANA DALAM PENGOLAHAN AIR LAUT MENJADI AIR TAWAR

Mata Kuliah : Kimia Terapan

Dosen : DR Mudjiyono

Kuncoro PR

S830208014/IPA/psains

BAB I

PENDAHULUAN

Air laut mempunyai sifat asin, karena mengandung garam NaCl berkisar 3 %. Dengan kondisi seperti ini, air laut tidak memenuhi syarat sebagai air minum. Air lautjuga mengandung berbagai macam mineral lainnya, seperti : yod,kalsium, magnesium; dan kotoran lainnya. Untuk mendapatkan air tawar/minum, air laut harus mengalami pengolahan yang berfungsi menurunkan atau menghilangkan kadar garam dan kotoran yang tidak dipersyaratkan dalam air minum. Beberapa cara pengolahan air lautmenjadi air tawaryang dilakukan antara lain adalah : proses desalinasi, proses penguapan atau kristalisasi, proses ion exchange dan proses water reverse osmosis.

Gambar 1. Skema Water Desalinazation Process

Gambar 2. Skema Ion Exchange Process

Gambar 3. Skema Reverse Osmosis Process

( Sumber : http://www.cr-cleanup.com )

Pada proses reverse osmosis gambar 3, menggambarkan proses pengolahan air laut dengan menggunakan tabung membran sebagai osmosis terbalik dengan bantuan pompa bertekanan tinggi dan bahan-bahan kimia untuk mendapatkan air tawar yang dapat diminum. Tetapi pada proses tersebut sudah menggunakan teknologi yang tinggi dan beaya yang besar.

Alternatif pemecahan yang dapat dilakukan secara sederhana dan relatif murah adalah memodifikasi membran osmosis dengan bahan keramik dan mediafilter dengan zeolit dan arang aktif, kemudian proses elektrolisis dipergunakan untuk memisahkan kadar garam ( ion Na⁺ dan Cl^- ) sehingga air dapat dengan mudah melewati membran keramik.

BAB II

PROSES OSMOSIS SEDERHANA DAN ELEKTROLISIS

A. Osmosis Sederhana

Gambar 4. Bagan Proses osmosis sederhana

Membran keramik berguna agar kadar garam dan kotoran air laut tidak dapat melewati membran, sehingga membran keramik dibuat dengan berpori yang sangat kecil dibawah ukuran partikel garam atau bakteri ( jika ada ). Membran keramik dibentuk setengah bola dan ditempatkan dalam tabung terbalik dengan direkatkan pada lantai tabung yang berlubang ( menyesuaikan diameter membran keramik ). Arang aktif dan zeolit dimanfaatkan sebagai adsorben dan filter.

Membran keramik menyebabkan kecepatan air yang dihasilkan relatif lambat karena pemisahan garam atau partikel lain terpisah ( tertinggal ) setelah kontak dengan membran keramik. Untuk mengatasi hal tersebut maka pada tabung air laut ditambahkan elektroda ( dapat berupa grafit atau platina ) yang dialiri arus listrik searah ( 3 – 6 volt ). Proses elektrolisis mengakibatkan garam lebih cepat terendapkan disekitar membran, untuk itu membran diletakkan terbalik menghindari penumpukan endapan garam.

B. Elektrolisis

Proses elektrolisis merupakan reaksi yang tidak spontan sehingga memerlukan energi dan berlangsung pada suatu rangkaian elektrode dengan diberi sumber arus listrik searah. Elektrolisis merupakan proses penguraian suatu senyawa oleh arus listrik. Sel elektrolisis memerlukan energi untuk memompa elektron. Proses elektrolisis dimulai dengan masuknya elektron dari arus listrik searah kedalam larutan melalui kutub negatif. Spesi tertentu atau ion yang bermuatan positif akan menyerap elektron dan mengalami reaksi reduksi di katode. Spesi yang lain atau ion yang mermuatan negatif akan melepas elektron dan mengalami reaksi oksidasi dikutub positif atau anode.

Jenis elektrode yang digunakan dalam proses elektrolisis sangat berpengaruh pada hasil elektrolisis. Elektroda dapat dibedakan menjadi dua berdasarkan keaktifannya, yaitu elektroda tidak aktif (inert) seperti C, Pt dan elektroda aktif ( selain C,Pt) pada proses elektrolisis. Elektrode aktif berlangsung reaksi elektrode dan reaksi elektrolitnya, sedangkan elektrode inert hanya terjadi reaksi elektrolitnya saja.

Jika dalam elektrolisis digunakan elektrolit berupa larutan maka reaksi yang terjadi tidak hanya melibatkan ion-ion dalam larutan, tetapi juga air. Hal tersebut menyebabkan terjadinya kompetisi antara ion dengan molekul pelarutnya atau ion-ion lain dalam larutan pada saat mengalami reaksi di anode dan katode. Spesi yang memiliki harga Eo lebih besar akan menang dalam kompetisi tersebut.

Gambar 5. Sel Elektrolisis

Gambar 6. Alat Osmosis yang dilengkapi elektrode

Air laut mengandung garam NaCl ( ion Na⁺ dan ion Cl^- ) yang konsentrasinya relatif kecil sehingga pada saat elektrolisis yang bereaksi adalah air, baik pada anode maupun katode.

Katode : ( 2 H₂O + 2 e ------> H₂(g) + 2 OH^- ) x 2

Anode : 2 H₂O ------> O₂(g) + H⁺ + 4e +

6 H₂O ------> 2H₂(g) + O₂(g) + 4 H⁺ + 4OH^-

atau

2 H₂O ------> 2H₂(g) + O₂(g)

Proses elektrolisis tersebut menyebabkan ion Na⁺ dan Cl^- akan mengendap menjadi kristal NaCl, sedangkan air menjadi lebih murni yang berakibat akan lebih mudah melewati membran keramik. Disamping itu proses elektrolisis juga mengakibatkan kematian bakteri atau kuman jika ada dalam larutan air laut. Hasil samping yang berupa gas H₂ dan O₂ dapat dimanfaatkan sebagai sumber oksigen atau bahkan memungkinkan untuk sumber energi berbahan gas.

BAB III

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

1. Proses elektrolisis merupakan reaksi penguraian dengan bantuan arus listrik searah.
2. Proses elektrolisis dalam air reverse osmosis sederhana pada air laut dilakukan untuk memurnikan air dan mengendapkan garam.

B. Saran

Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk meningkatkan efektivitas dan efisiensi dari proses elektrolisis tersebut.

REFERENSI

1. Rukaaesih Achmad. 2004. Kimia Lingkungan. Yogyakarta: Andi
2. Suyatno, dkk. 2007. Kimia untuk SMA Klas XII.Jakarta : Grasindo
3. Syukri S. 1999. Kimia Dasar 3. Bandung: penerbit ITB
4. Tan Yin Toon. 2007. G.C.E.”O” Level, Chemistry Matters. Singapore: Marshal Cavendish Education
5. Totok Sutrisno. 2006. Teknologi Penyediaan Air Bersih. Jakarta : PT Rineka Cipta
6. http://www.cr-cleanup.com, Cr-Cleanup; Chromium Research Council: Local Efficiency and Nationwide Utility Protection ( posted by Rofiqi Hasan 19 Desember 2006 )
7. Ronny dalam http://air-murni.blogspot.com/2008/04/hasil-uji-kualitas-air-metode.html posted 8 april 2008

SISTEM KESEIMBANGAN PADA ESSENSE AROMA SINTETIS

Mata Kuliah : Kimia Terapan

Dosen : DR Mudjiyono

Kuncoro PR

S830208014/IPA/psains

BAB I

PENDAHULUAN

A. Perisa, Essense atau Penyedap Sintetis

Penyedap sintetis atau sering disebut sebagai penyedap artificial adalah komponen atau zat yang dibuat menyerupai aroma penyedap alami. Penyedap sintetis dapat dibuat dari bahan penyedap aroma baik campuran dengan bahan alami maupun dari bahan sintetis itu sendiri. Beberapa komponen penyedap sintetis berperan sebagai penguat aroma pada penyedap alami, contohnya asetaldehida dapat digunakan sebagai penguat aroma jeruk.. Masing-masing penyedap dapat memberikan aroma yang spesifik, misalnya penggunaan etil butirat atau 3-hidroksi butirat dapat memberikan aroma anggur atau bersifat sinergis dengan aroma anggur. Beberapa contoh senyawa pembentuk aroma sintetis ditunjukkan pada tabel 1. berikut :

Tabel 1. Senyawa Pembentuk Aroma Sintetis

Senyawa	Sifat Aroma	Penggunaan
Asetaldehida Asetaldehid benzyl metal etil asetat Asetoin ( asetil metal karbinaol) Alil butirat Alil sinamat Benzaldehid Borneol ( bomil alcohol) 2-etil butiraldehid	tajam, aroma buah kuat rasa daun hijau aroma susu (krim), tumbuhan bau yoghurt dengan fatty creamy, rasa mentega aroma buah apel, bau nenas, rasa apel bau menyerupai bumbu manis dengan rasa buah aroma dan rasa almond bau dan rasa mint, lime, nut bau dan rasa cokelat	penyedap buah, apel, jeruk dan mentega penyedap buah : vanili mentega, susu yogurt, strawberry apel, nanas, peach, apricot penyedap berry, anggur, dan peach almond, cherry, peach, apricot, kacang penyedap mint, bumbu cokelat

Sumber : Tranggona ( 1989) dalam Wisnu Cahyadi, 2006: 99

B. Ester

Penyedap sintetis yang memberikan aroma seperti buah, pada umunya golongan senyawa ester. Alkil alkanoat atau yang disebut juga ester merupakan turunan dari asam karboksilat, yang mana atom H pada gugus karboksil diganti dengan alkil. Tata nama IUPAC ester mengikuti pola alkil alkanoat sedangkan tata nama trivial ester mengikuti pola alkil alkanoat tetapi alkanoatnya menggunakan nama trivial, atau boleh disebut juga alkil yang diikat O- karboksil yang diikuti C- karboksil dan diakhiri kata ester. Ester (alkil alkanoat) sering sekali digunakan dalam kehidupan sehari-hari karena mempunyai bau yang khas, seperti wangi buah-buahan dan bunga-bungaan yang biasa digunakan untuk parfum dan pewangi makanan contohnya, seperti oktil asetat sebagai essense yg beraroma jeruk, butil butirat sebagai essense beraroma nanas, amil asetat sebagai essense beraroma pisang, isoamil valerat sebagai essense yang beraroma apel,dll. selain sebagai essense buah-buahan dan pembuatan parfum, ester dapat juga sebagai bahan baku pembuatan sabun, bahan baku pembuatan lilin, dan mentega buatan (margarine).

Rumus umum ester :

BAB II

PEMBUATAN DAN REAKSI

A. Reaksi Pembuatan Ester

Ester dapat dibuat dengan mereaksikan asam karboksilat dan alkohol yang dipanaskan dengan katalis asam ( HCl atau H₂SO₄ ) :

Proses reaksi diatas dinamakan esterifikasi ( Emil Fischer ). Reaksi keseimbangan yang terjadi dapat digeser kekanan dengan beberapa cara yaitu penambahan alkohol atau asam karboksilatnya ( tergantung mana yang lebih murah ) dan ester atau air yang terbentuk dipindahkan segera melalui penyulingan. Cara lain dengan mempertinggi suhu dan katalisator ( HCl atau H₂SO₄ ) untuk mempercepat terjadinya keseimbangan, sedangkan pengeluaran H₂O dengan penarik atau higroskopik ( H₂SO₄, ZnCl₂ ) digunakan untuk memperoleh ester yang lebih banyak. Keseimbangan akan tercapai dengan hasil ester 66,67%.

Contoh aplikasi : pembuatan metil benzoat

asam benzoat +metil alkohol -----> metil benzoat air

Jika asam karboksilat atau alkoholnya dirintangi atau jika fenol digunakan sebagai pengganti alkohol, kesetimbangan memihak ke arah pereaksi. Akibatnya ester atau fenil ester tidak dapat terbentuk dengan reaksi esterifikasi langsung.

Mekanisme reaksi esterifikasi :

..

Langkah 1 : protonasi menambahkan muatan positif ke gugusan karbonil, reaktivitas gugus ini terhadap nukleofil lemah ( alkohol ) bertambah.

Langkah 2 : adisi dari alkohol nukleofilik ke gugusan karbonil menghasilkan gugusan – OR’

Langkah 3 : hilangnya proton dari gugus OR’ menyebabkan protonasi salah satu gugus – OH dan membentuk gugus hidroksil terprotonasi – OH₂⁺.

Langkah 4 : hilangnya gugus hidroksil terprotonasi sebagai gugus yang terbaik lepas sebagai H₂O, menghasilkan ester terprotonasi, yang kehilangan protonnya menghasilkan ester.

Semua langkah dari mekanisme adalah kesetimbangan asam-basa sehingga mekanisme tersebut dapat dirngkas sebagai berikut :

Etanol dan asam asetat yang ekimolekuler bereaksi dengan sedikit adanya asam sulfat pekat. Pada saat 2/3 bagian dari etanol dan asam asetat bereaksi akan diperoleh campuran yang terdiri 2/3 bagian ester dan air, sedangkan 1/3 bagian sisa berupa etanol dan asam asetat.

Menurut Goldberg dan Waage dengan kaidah Hukum aksi massa, tetapan keseimbangan reaksi esterifikasi dapat dinyatakan dengan rumus :

[CH₃COOC₂H₅][H₂O] (2/3) (2/3)

K = --------------------- = ------ ----= 4

[CH₃COOH][C₂H₅OH] (1/3) (1/3)

Misalnya etanol sebanyak a mol dan asam asetat b mol, pada saat keseimbangan tercapai akan diperoleh :

x²

K =-----------------

(a-x) (b-x)

B. Aplikasi Pembuatan Ester ( etil asetat dan metil salisilat ) Sederhana

1. Alat dan Bahan

Tabel 2. Alat dan Bahan

Alat dan Bahan	Ukuran/satuan	Jumlah
Gelas kimia Tabung reaksi berlengan Tabung reaksi Gelas ukur Pipet tetes termometer Alat Pembakar spiritus Sumbat gabus Sendok Kaki tiga/kasa Etanol, Metanol Asam asetat, asam salisilat Asam sulfat	250 mL - kecil 10 mL - 0 – 100oC - - - - - pekat pekat	1 2 2 1 1 1 1 2 1 1 1 3 mL, 1 sendok teh 4 mL

2. Cara Kerja

a. Panaskan 100 mL air dalam gelas kimia 250 mL sampai suhu 70^oC

b. (i) masukkan etanol 3 mL , asam asetat 3 mL dan 20 tetes asam sulfat pekat kedalam tabung berlengan.

(ii) Masukkan tabung reaksi kecil kedalam lubang sumbat dan tutupkan pada tabung berlengan.

(iii) isi tabung reaksi kecil dengan air.

c. Masukkan tabung berlengan kedalam air yang telah dipanaskan. Lanjutkan pemanasan agar suhu air mencapai 80^oC

d. Ulangi prosedur diatas dengan menggunakan 3 mL metanol, asam salisilat dan 20 tetes asam sulfat pekat

Gambar 1. Pembuatan ester sederhana

3. Hasil

a. Pencampuran etanol, asam asetat dan asam sulfat pekat menghasilkan bau yang mirip bau balon karet, berwujud cair.

b. Pencampuran metanol, asam salisilat dan asam sulfat pekat mengahsilkan bau yang mirip bau obat gosok, yang berwujud kristal putih.

Jika yang direaksikan adalah asam asetat anhidrid dengan asam salisilat akan menghasilkan asam asetilsalisilat ( aspirin ).

B. Reaksi terhadap Ester

1. Reaksi Hidrolisis

Hidrolisis dari suatu ester menghasilkan asam karboksilat dan alkohol dalam suasana asam. Reaksi ini kebalikan dari esterifikasi langsung asam karboksilat dan alkohol. Untuk mendorong reaksi kearah pembentukan ester digunakan asam karboksilat dan alkohol berlebihan dan menghasilkan air. sedangkan pad hidrolisis dalam suasana asam digunakan air yang berlebihan untuk mendorong keseimbangan kearah karboksilat dan alkohol.

2. Penyabunan atau Saponifikasi

Penyabunan atau saponifikasi merupakan reaksi hidrolisis ester dalam suasana basa dan bukan merupakan reaksi keseimbangan. Karena itu penyabunan biasanya memberikan hasil yang lebih baik dari asam karboksilat dan alkohol dalam suasana asam. Hasil mula-mula dari penyabunan adalah karboksilat karena campurannya bersifat basa. Setelah campuran di asamkan karboksilat berubah menjadi asam karboksilat.

BAB III

KESIMPULAN

Essense atau penyedap sintetis merupakan suatu ester turunan asam karboksilat. Ester dapat dibuat melalui reaksi keseimbangang antara asam karboksilat dengan alkohol dalam suasana asam. Essense etil asetat ( bau balon karet ) dapat dibuat mengguakan asam asetat ( cuka ) dengan etanol dan dtambahkan katalis asam sulfat pekat. Sedangkan ester metil salisilat ( berbau obat gosok ) dibuat dari asam salisilat dengan metanol dengan katalis asam sulfat. Untuk mendapatkan hasil ester yang optimal perlu ditambahkan zat pereaksi ( asam karboksilat atau alkohol) secara berlebihan, atau dengan menyuling ( destilasi ) hasil reaksi untuk memisahkan airnya.

Ester dapat bereaksi dengan air membentuk asam karboksilat dan alkohol ( reversibel ) dalam suasana asam melalui reaksi hidrolisis. Sedangkan jika dalam suasana basa ( penyabunan) maka ester tidak mengalami reaksi keseimbangan ( irreversibel ).

REFERENSI

Fessenden ,Ralph; Fessenden,Joan S. 1997. Dasar-dasar Kimia Organik. Jakarta Barat : Binarupa Aksara

Hart,Craine Hart. 2005. Kimia Organik : suatu kuliah singkat, edisi 11. Jakarta : Erlangga

Nuryono, Iqmal T, Deni P. 2004. Petunjuk Praktikum : Kimia Dasar II. Yogyakarta : Laboratorium Kimia Dasar FMIPA UGM

Riawan S. 1990. Kimia Organik : edisi 1. Jakarta Barat : Binarupa Aksara

Wisnu Cahyadi. 2006. Bahan Tambahan Pangan: Analisis dan Aspek Kesehatan. Yakarta : PT Bumi Aksara

http://inorg-phys.chem.itb.ac.id/web/DIDAC/Didac02/Content/E19-27.htm