Terbit di Prosiding SemNas Jasakiai Desember 2008 ISSN 0854-4778 hal 859-862

Kendra Hartaya, Jr

ANALISIS NITROGLISERINSEBUAH KEMUNGKINAN METODE ALTERNATIF DI

INDONESIA

Kendra hartayaBidang Material Dirgantara

LAPAN Rumpin Tromol Pos 7 TangerangTelp 021-75790037, Fax : 021-75790383

Abstrak

Telah dilakukan kajian pustaka mengenai kemungkinan metode yang digunakan dalam analisis nitrogliserin di indonesia. Metode analisis ini adalah kuantitatif yang mana secara kualitatif telah dilaksanakan sebelumnya, misalnya dengan FTIR untuk meyakinkan bahwa produk tersebut adalah nitrogliserin. Adapaun metode ini untuk mengukur seberapa besar kuantitas nnitrogliserin yang ada dengan mengetahui banyaknya HNO3 sisa dan yang digunakan. Metode ini mendasarkan pada reaksi antara HNO3 dengan Hg dalam adanya H2SO4. HNO3 akan direduksi menjadi gas NO. Banyaknya gas NO pada suhu dan tekanan tertentu dapat diukur secara volumetri, yang mana ini sesuai dengan HNO3 sisa.

PENDAHULUAN

Saat ini bahan bakar roket double base sedang dilakukan penelitian dan pengembangannya di Lapan, Bogor. Bahan itu meliputi komponen utama, stabilizer, dan plastisizer. Komponen utama adalah nitrogliserin dan nitroselulos, stabilizer meliputi diphenylamine atau ethyl centralite (symmetrical diethyldiphenylurea), dan carbon black [Hendel, 1965]. Plastisizer berguna untuk menghomogenkan campuran misalnya trimethylolethane trinitrate, candelila wax, dietilpthalate, dll. Fungsi stabilizer adalah untuk mengurangi laju dekomposisi secara spontan dari campuran nitrogliserin dan nitroselulos [bureau, 1957].

Meski propelan double base bisa digunakan sebagai bahan bakar roket padat, namun propelan ini banyak digunakan sebagai bahan persenjataan. Di Indonesia riset-riset pembuatan bahan ini belum dilakukan, sehingga Lapan akhir-akhir ini mencoba melakukan penelitian dan pengembangan. Nitrogliserin sebagai komponen utama bisa dibuat dengan

cara nitrasi gliserin pada suhu di bawah 15oC dengan menggunakan bahan asam sulfat pekat dan asam nitrat pekat tanpa katalis.

Analisis terhadap keberhasilan proses reaksi nitrasi gliserin bisa dilakukan dengan cara mengetahui banyaknya nitrogliserin yang dihasilkan. Analisis terhadap produk nitrogliserin banyak kendala. Kendala ini muncul karena bahan ini bersifat eksplosif yang kemungkinan bisa berakibat terhadap instrumen yang digunakan. Disamping itu, banyak laboratorium yang merasa keberatan untuk melakukan analisis bahan ini. Lagi pula, banyak intrumen modern yang digunakan, namun diantara instrumen tersebut tidak tersedia di Indonesia. Oleh karena itu ditempuh dengan cara lain.

Keberhasilan proses nitrasi juga bisa dianalisis dengan mengetahui banyaknya asam nitrat mula-mula dan asam nitrat setelah selesai reaksi. Melakukan analisis ini sebagai fungsi waktu bisa digunakan untuk menentukan lama waktu reaksi sempurna atau kinetika reaksi kimia nitrasi gliserin. Dalam tulisan ini, akan disajikan prinsip analisis nitrogliserin dengan mengetahui banyaknya gas nitroksi NO sebagai hasil reaksi antara sisa HNO3 dengan air raksa. Dengan mengetahui kuantitas gas NO, akan diketahui banyaknya HNO3 sisa, lebih lanjut akan diketahui nitrogliserin yang dihasilkan.

TINJAUAN PUSTAKA

Reaksi nitrasi adalah reaksi kimia penggantian atom hidrogen dalam suatu senyawa dengan gugus –NO2 yang berasal dari HNO3p. HNO3 akan menghasilkan gugus –NO2 dengan adanya H2SO4p. Posisi H2SO4p bisa digantikan dengan jenis asam pekat lainnya. Peran H2SO4p disamping menyerap air yang terbentuk selama reaksi nitrasi atau menyerap air yang ada dalam asam nitrat.

Nitrasi terhadap gliserin akan menghasilkan nitrogliserin (gliserin trinitrat), dengan reaksi sebagai berikut :

Sifat-sifat nitrogliserin

Ada dua bentuk struktur kristal trinitrogliserin yaitu triklinik dan rhombik yang masing-masing memiliki titik lebur atau titik beku berbeda dan namun titik didih tidak berbeda. Untuk triklinik (bentuk labil), titik lebur= -2.8”C dan titik didih 125°C at 2 mmHg (0.27 kPa) dan 180°C at 50 mmHg (6.7 kPa). Untuk rhombik (bentuk stabil) titik lebur 13,5°C.

Dalam udara oksigen, trinitrogliserin memiliki sifat-sifat : Stabil pada suhu 50°C Terdekomposisi pada pemanasan setelah 4 jam pada suhu 70°C Cepat terdekomposisi pada suhu lebih besar sama dengan 90°C Menimbulkan uap nitrous (NO) kuning pada suhu 135°C Menyublim cepat pada suhu 160°C (menguap tanpa melebur) Meledak pada suhu 218°C Mendidih dan atau meledak pada suhu 260°C Indeks bias pada suhu 15oC adalah 1,375

Tabel 1. Tekanan uap antara suhu 20 – 180°C dalam udara beroksigenT= oC kPa T= oC kPa T= oC kPa20°C30°C40°C

3.6 x 10-51.1 x 10-43.3 x 10-4

50°C60°C70°C

8.7 x 10-42.3 x 10-35.5 x 10-3

80°C90°C100°C

1.3 x 10-22.8 x 10-26.0 x 10-2

Tabel 2. Kelarutan dalam air (g/L) pada berbagai suhu15°C 20°C 25°C 30°C 40°C 50°C 60°C 70°C 80°C1.27 1.38 - 1.5 1.68 1.96 2.36 2.88 3.44

Dari titik beku, hasil yang diperoleh tidak menunjukkan membeku pada suhu 13,5oC sehingga ada kemungkinan nitrogliserin yang dihasilkan bukan berstruktur rhombik tetapi triklinik yang membeku pada 2oC. Akan tetapi percobaan pembekuan pada suhu 2oC juga susah pengamatannya karena adanya gangguan embun atau uap dingin, karena air sudah mulai membeku pada suhu 2oC, kecuali nitrogliserin yang dibekukan dalam jumlah banyak.

Beberapa peneliti juga menganalisis nitrogliserin dengan HPLC dan mendapatkan waktu retensi 11,5 menit atau 5,1 menit dengan kolom yang tidak ada di Indonesia. Peneliti yang lain juga menganalisis indeks bias nitrogliserin 1,375 pada suhu 15oC. Namun indeks bias kurang akurat untuk meyakinkan produk adalah nitrogliserin. Disamping itu indeks bias adalah sifat tambahan, bukan sifat utama.

Fainer, menganalisis nitrogliserin dengan mereduksi dengan titanous sulfat, dan hasil reduksi dianalisis. Namun, membutuhkan bahan kimia yang mahal dan prosedurnya tidak mudah serta membutuhkan peralatan yang belum tentu ada di dalam negeri.

Oldham mereduksi ester nitrat dengan titanous klorida yang tiap mol ester memerlukan 8 mol ion titan dalam reaksi sempurna, menurut reaksi

R-ONO2 + Ti+3 + 8H+ ROH + 8Ti+4 + NH3 + H2O

Reduksi nitrogliserin jika sempurna memerlukan 24 mol titan seperti reaksi berikut :

Shankster dan Wike mereduksi nitrogliserin dengan 18 mol titanous klorida dengan mempostulasikan reaksinya sebagai berikut :

Shankster dan Wike merefluk nitrogliserin dalam pelarut metanol dengan kelebihan titan klorida dititrasi dengan standar ferri alum. Hasil yang diperoleh sangat sedikit dan ditabelkan sebagai berikut.

Tabel 3. Reduksi nitrogliserin Shankster dan WikeBerat NG awal, mgr Berat NG yang ada, mgr %recovery27,7710,7310,73

21,949,3710,07

7997,393,9

H2C – ONO2 H2C – OH׀ ׀ H C – ONO2 + 24Ti+3 + 24H+ HC - OH + 24Ti+4 + 6H2O + 3NH3

׀ ׀ H2C –O NO2 H2C – OH

Nitrogliserin → gliserin

H2C – ONO2 H2C – ONH2

׀ ׀ H C – ONO2 + 18Ti+3 + 18H+ HC - ONH2 + 18Ti+4 + 6H2O׀ ׀ H2C –O NO2 H2C – ONH2

METODOLOGI

Asam nitrat dalam adanya asam sulfat bisa direduksi menjadi gas NO oleh merkuri pada suhu kamar menurut reaksi yang disajikan di bawah ini.

2 HNO3 + 6 Hg + 3 H2SO4 → 2 NO + 3 Hg2SO4 + 4 H2O

Banyaknya gas NO dapat diukur secara volumetric sebagai fungsi suhu dan tekanan. Satu mililiter gas NO pada 0oC tekanan 760 mm Hg memiliki massa 1,3402 mgr. Banyaknya gas NO ekivalen dengan banyaknya HNO3 yang ada yang merupakan HNO3 sisa nitrasi. Dengan mengetahui banyaknya HNO3 yang digunakan dan sisa, maka banyaknya HNO3 yang bereaksi dapat ditentukan. Gambar 1 di bawah ini menyajikan nitrometer yang bisa digunakan untuk mengukur asam nitrat sisa reaksi nitrasi

Tabel 4. konversi gas NO dan HNO3 pada berbagai tekanan pada suhu 20oCTek barometer, mm. 700 710 720 730 740 750 760 770Mg./cc. NO at 20° 1.15 1.17 1.18 1.20 1.22 1.23 1.25 1.26Mg. HNO3 yg = 1cc NO

2.41 2.45 2.48 2.52 2.55 2.59 2.62 2.66

Reaksi nitrasi gliserin disajikan sebagai berikut

Banyaknya gugus nitro yang mengganti atom hidrogen dalam gliserin ekivalen dan akan menghasilkan nitrogliserin yang ekivalen juga. Oleh karena itu banyaknya nitrogliserin yang dihasilkan dapat ditentukan dari banyaknya gugus nitro yang bereaksi.

H2C – OH H2C – ONO2

׀ H2SO4 ׀ H C – OH + 3 HNO3 HC - ONO2 + 3 H2O׀ ׀ H2C –OH H2C – ONO2

Nitrasi Gliserin → Nitrogliserin

Gb 1. Nitrometer

KESIMPULAN

Dari uraian di atas dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : Banyaknya nitrogliserin bisa diketahui dengan banyaknya asam nitrat yang bereaksi. Banyaknya asam nitrat yang bereaksi diketahui dengan banyaknya yang digunakan

dan yang tersisa. Banyaknya asam nitrat sisa diukur dengan sebuah peralatan rancangan yang mendasarkan pada reaksi reduksi asam nitrat oleh Hg yang menghasilkan gas NO. Gas NO bisa diukur secara volumetri.

Untuk meyakinkan adanya nitrogliserin bisa dilakukan dengan analisis kimia secara umum yaitu FTIR / IR atau uji bakar.

DAFTAR PUSTAKA

Bureau of Naval Personnel NavPers 10797-A , 1957, Naval Ordnance and Gunnery, Vol 1, Department of Ordnance and GunneryUnited States Naval Academy, Washington

Fainer, P., 1950, The Reduction of Nitroglycerine with Titanous Sulphate, Canadian Armament Research of Development Establishment, masucript.

Hewitt, Alan D., 2002, Analysis of Nitroglycerine in Soils and on Mortar Fins Using GC-TID, US Army Corps of Engineers

Hnedel, Frank J., 1965, Technical Memorandum No. 33-254; Review of Solid Propellants for Space Exploration, NASA, Pasadena, hal 3.

Rinkenbach, W.H., Analysis of Mixtures of Aliphatic Nitrates by Means of the Refractometer, Industrial Engineering Chemistry, 1927, Vol 19, hal 1291-1292

Yost, sally., 1995, Effect Redox Potential and pH on the Fate of Nitroglycerin in a Surface Aquifer Soil, (thesis), purdue University, hal 2.

Pertanyaan Sutjipto

Kenapa harus dengan nitrometer untuk mengukur hasil ?

Jawab : Nitrometer adalah untuk mengukur konsentrasi awal dan konsentrasi pada saat tertentu dari asam nitrat dengan media asam sulfat. Dari sini bisa diprediksi hasil Nitrogliserin yang terjadi. Hal ini dilakukan karena tidak ada instansi yang bersedia mengukur sample nitrogliserin karena resiko meledak.

Pertanyaan Sigit

Saya rasa di Indonesia ada perusahaan yang memproduksi bahan bahan untuk keperluan militer, kalau tidak salah pindad. Usul saya barangkali bisa diukur di sana untuk NG karena NG juga bahan yang digunakan dalam militer. ?

Jawab : saya sudah ke sana namun pindad tidak ada alat ujinya. Pindad hanya memproduksi proyektil dengan bahan NG yang diperoleh dari luar Indonesia. Juga diinformasikan bahwa kalaupun pindad ada alat uji, kemungkinan di pindad bandung karena litbangnya ada di sana. Pindad bandung juga tidak ada.