BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi pada bidang perindustrian di

Indonesia yang sedang berkembang, beragam industri terus melakukan inovasi dan

perkembangan salah satunya adalah industri kimia. Perkembangan tersebut memacu kebutuhan

produksi industri kimia yang terus meningkat, baik itu kebutuhan baku maupun bahan

penunjang lainnya. Bahan baku maupun bahan penunjang di industri kimia sangatlah beragam.

Salah satu bahan yang digunakan adalah etil asetat yang merupakan salah satu jenis pelarut

yang memiliki rumus molekul CH3COOC2H5. (Haritsah, 2013)

Esterifikasi merupakan reaksi pembentukan ester dari asam karboksilat dan alkohol.

Produk reaksi berupa ester dan air. Persamaan umum reaksi ini dapat ditentukan sebagai

berikut: R-COOH + HO-R* ↔ R-COOR* + H2O

Reaksi esterifikasi merupakan reaksi eksotermis, bersifat reversibel dan umumnya

berjalan sangat lambat sehingga memerlukan katalis agar diperoleh ester yang maksimal

sehingga perlu dipelajari faktor-faktor menurut berbagai tinjauan dan melakukan berbagai

percobaan guna mengetahui berbagai variabel proses yang berpengaruh terhadap proses

esterifikasi tersebut. (Haritsah, 2013)

1.2. Tujuan Percobaan

1. Mengetahui pengaruh variabel terhadap konversi pada proses esterifikasi.

2. Mengetahui pengaruh variabel terhadap konstanta kesetimbangan (K) pada proses

esterifikasi.

3. Mengetahui pengaruh variabel terhadap konstanta laju reaksi (k) pada proses

esterifikasi.

4. Mengetahui pengaruh waktu reaksi terhadap konversi pada proses esterifikasi.

1.3. Manfaat Percobaan

1. Dapat memahami pengaruh jenis variabel terhadap konversi ester yang terbentuk.

2. Dapat mempelajari cara menghitung kontanta keseimbangan (K) dan konstanta laju

reaksi (k)

3. Dapat melakukan kajian numerik dari percobaan yang telah dilakukan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kinetika Reaksi

Esterifikasi atau pembuatan ester merupakan reaksi antara asam karboksilat dan alkohol

dengan hasil reaksi ester dan air. Contohnya yaitu reaksi . Reaksi esterifikasi antara lain sebagai

berikut:

CH3COOH + C2H5OH ↔ CH3COOC2H5 + H2O

A + B C + D

Persamaan kecepatan reaksi kimia:

rc = 𝑑𝐶𝑎

𝑑𝑡 = k1[A][B] - k2[C][D]

Keterangan:

Rc = kecepatan reaksi pembentukan ester

[A] = konsentrasi asam asetat [CH3COOH]

[B] = konsentrasi etanol [C2H5OH]

[C] = konsentrasi etil asetat [CH3COOC2H5]

[D] = konsentrasi air [H2O]

k1 = konstanta kecepatan reaksi ke kanan (arah produk)

k2 = konstanta kecepatan reaksi ke kiri (arah reaktan)

t = waktu reaksi

Ditinjau dari kinetika reaksi, kecepatan reaksi pembentukan ester akan makin besar

dengan kenaikan suhu, adanya pengadukan dan ditambahakan katalis. Hal ini dapat dijelaskan

oleh persamaan Arrhenius yaitu:

𝑘 = 𝐴𝑒−𝐸𝐴

𝑅𝑇⁄

dengan :

k = kontanta laju reaksi

A = faktor frekuensi tumbukan

T = suhu

EA = energi aktivasi

R = konstanta gas ideal

Berdasarkan persamaaan Arrhenius dapat dilihat bahwa konstanta laju reaksi dipengaruhi

oleh nilai A, EA, dan T, semakin besar faktor tumbukan (A) maka konstanta laju reaksinya

semakin besar. Nilai energi aktivasi (EA) dipengaruhi oleh penggunaan katalis, adanya katalis

akan menurunkan energi aktivasi sehingga nilai k semakin besar. Semakin tinggi suhu (T) maka

nilai k juga semakin besar. Dari hasil penelitian yang dilakukan oleh Kirbaskar dkk (2001)

untuk reaksi esterifikasi asam asetat dengan etanol menggunakan katalis asam dengan ion

exchange resin diperoleh bahwa untuk reaksi ke arah pembentukan produk (k1) memiliki nilai

EA = 104129 kJ/kmol dan A = 2,6.1014 (m3)2 kmol -2 s-1.

2.2. Tinjauan Thermodinamika

Berdasarkan tinjauan thermodinamika kita dapat mengetahui apakah reaksi tersebut

searah atau bolak-balik dengan meninjau memalui perubahan energi Gibbs (ΔG°). Reaksi

esterifikasi antara asam asetat dan etanol terjadi menurut reaksi berikut :

CH3COOH + C2H5OH COOC2H5 + H2O

ΔG°f reaksi = ΔG°f produk - ΔG°f reaktan

Diketahui data ΔGo standar (Yaws, 1997) :

ΔGof 298 CH3COOH = -376690 J/mol

ΔGof 298 C2H5OH = -112930 J/mol

ΔGof 298 CH3COOC2H5 = -327400 J/mol

ΔGof 298 H2O = -228600 J/mol

maka:

ΔGo 298 = (ΔGof 298 CH3COOC2H5 + ΔGo

f 298 H2O)-(ΔGof 298 CH3COOH + ΔGo

f 298 C2H5OH)

= (-327400-237129)-(-389900-174780)

= -151 J/mol

Dari persamaan van’t Hoff :

ΔGo298 = -RT ln K

ln K = −𝛥𝐺˚

𝑅𝑇

ln K = −(−151

𝐽

𝑚𝑜𝑙)

(8,314 𝐽

𝑚𝑜𝑙 𝐾)(298 𝐾)

K = 0,94

Pada reaksi :

CH3COOH + C2H5OH 3COOC2H5 + H2O

ΔHof reaksi = ΔHof produk - ΔHof reaktan

Diketahui data ΔHof standar ( Smith dkk, 2001) :

ΔHof298 CH3COOH = -484300 J/mol

ΔHof298 C2H5OH = -277690 J/mol

ΔHof298 CH3COOC2H5 = -479300 J/mol

ΔHof298 H2O = -285830 J/mol

maka :

ΔHo298 = (ΔHo

f298 CH3COOC2H5 + ΔHof298 H2O) - (ΔHo

f298 CH3COOH + ΔHof298 C2H5OH)

= ( -479300-241800) – (-484300-285830)

= -3140 J/mol

Dengan persamaan maka harga K pada suhu 40oC (313 K) dapat dihitung :

ln 𝐾₂

𝐾₁ = -

𝛥𝐻˚₂₉₈

𝑅 (

1

𝑇−

1

𝑇′)

ln 𝐾₃₁₃

𝐾₂₉₈ = -

(−3140) 𝐽

𝑚𝑜𝑙

8,314 𝐽

𝑚𝑜𝑙 𝐾

(1

298−

1

313)

ln 𝐾₃₁₃

0,94 = 0,06

𝐾₃₁₃

0,94 = 1.06

K₃₁₃ = 0,99

Dari perhitungan energy Gibbs di dapat nilai k < 1 , maka dapat disimpulkan reaksi

esterifikasi asam asetat dengan etanol merupakan reaksi reversible.

Selain dapat mengetahui reaksi tersebut reversible, berdasarkan tinjauan thermodinamika

juga dapat diketahui bahwa reaksi tersebut endotermis atau eksotermis dengan meninjau

perubahan enthalpy menurut perhitungan sebagai berikut:

CH3COOH + C2H5OH 3COOC2H5 + H2O

ΔHof reaksi = ΔHof produk - ΔHof reaktan

Diketahui data ΔHof standar ( Smith dkk, 2001) :

ΔHof298 CH3COOH = -484300 J/mol

ΔHof298 C2H5OH = -277690 J/mol

ΔHof298 CH3COOC2H5 = -479300 J/mol

ΔHof298 H2O = -285830 J/mol

maka :

ΔHo298 = (ΔHo

f298 CH3COOC2H5 + ΔHof298 H2O) - (ΔHo

f298 CH3COOH + ΔHof298 C2H5OH)

= ( -479300-241800) – (-484300-285830)

= -3140 J/mol

Dari perhitungan perubahan entalpy ΔHo298 bernilai negatif yang menandakan bahwa

reaksi esterifikasi asam asetat dengan etanol bersifat eksotermis.

2.3. Mekanisme Reaksi

Reaksi esterifikasi adalah suatu reaksi antara asam karboksilat dan alcohol membentuk

ester.Turunan asam karboksilat membentuk ester asam karboksilat. Ester asam karboksilat ialah

suatu senyawa yang mengandung gugus -CO2R dengan R dapat berbentuk alkil ataupun aril

(Pratiwi, 2011).

Pada percobaan ini, menggunakan asam karboksilat berupa asam asetat yang

direaksikan dengan sebuah alcohol berupa etanol menggunakan katalis asam.Untuk pembuatan

etil asetat, reaksi esterifikasi yang terjadi dalam percobaan ini dan mekanisme katalis asam pada

hidrolisa ester adalah sebagai berikut:

Mekanisme katalis asam pada hidrolisa ester adalah sebagai berikut:

1. Oksigen karbonil diprotonasi oleh asam

2. Alkohol nukleofilik menyerang

3. Eliminasi molekul air diikuti oleh penarikan H+ dari H2O akan menghasilkan ester

2.4. Variabel yang Berpengaruh

Reaksi esterifikasi dipengaruhi oleh beberapa variabel. Variabel-variabel

yang dimaksud antara lain (Hakim dan Irawan, 2010):

1. Waktu reaksi

Semakin lama waktu reaksi maka kemungkinan kontak antar zat semakin besar sehingga

akan menghasilkan konversi yang besar. Jika kesetimbangan reaksi sudah tercapai maka

dengan bertambahnya waktu reaksi tidak akan menguntungkan karena tidak memperbesar

hasil.

2. Perbandingan zat pereaksi

Dikarenakan sifatnya yang reversibel, maka salah satu reaktan harus dibuat berlebih agar

optimal dalam pembentukan produk ester yang ingin dihasilkan. Pada penelitian ini, salah

satu reaktan yang harus dibuat berlebih adalah etanol

3. Pengadukan

Pengadukan akan menambah frekuensi tumbukan antara molekul zat pereaksi dengan zat

yang bereaksi semakin baik sehingga mempercepat reaksi dan reaksi terjadi sempurna. Hal

ini sesuai dengan persamaan Arrhenius :

k = A . e (-Ea/RT)

Keterangan:

k = konstanta laju reaksi

A = faktor frekuensi atau faktor pre-eksponensial

Ea = energi aktivasi (kJ/mol)

R = tetapan gas universal (0,0821 atm/mol.K atau 8,314 J/mol.K)

T = temperatur atau suhu (K)

Semakin besar tumbukan, maka semakin besar pula harga konstanta kecepatan reaksi,

sehingga reaksi dapat berjalan lebih optimal.

4. Suhu

Dikarenakan sifat dari reaksi yang eksotermis, maka suhu dapat mempengaruhi harga

konstanta kecepatan reaksi. Semakin tinggi suhu yang dioperasikan maka semakin banyak

konversi yang dihasilkan. Hal ini sesuai dengan persamaan Arrhenius, bila suhu naik maka

harga k semakin besar, sehingga reaksi berjalan cepat dan hasil konversi makin besar.

5. Katalisator

Sifat reaksi esterifikasi yang lambat membutuhkan katalisator agar berjalan lebih cepat.

Katalisator berfungsi untuk mengurangi energi aktivasi pada suatu reaksi, sehingga pada

suhu tertentu harga konstanta kecepatan reaksi semakin besar.

BAB III

METODE PERCOBAAN

3.1. Bahan dan Alat yang digunakan

3.1.1. Bahan

1. Asam asetat

2. Etanol

3. Katalis

4. NaOH

5. Indikator PP

3.1.2. Alat

1. Labu leher tiga

2. Pendingin balik

3. Kompor listrik

4. Magnetic stirrer

5. Thermometer

6. Pengaduk

7. Buret

8. Pipet

9. Statif dan klem

10. Erlenmeyer

3.2. Gambar Alat Utama

Keterangan:

1. Magnetic stirer + heater

2. Waterbatch

3. Labu leher tiga

4. Termometer

5. Pendingin balik

6. Klem

7. Statif

3.3. Variabel Operasi

a. Variabel tetap

Jenis alkohol :

Volume total :

Volume sampel diambil

Waktu pengambilan sampel :

Suhu :

Mol asam asetat:etanol :

b. Variabel berubah

Jenis katalis :

3.4. Respon Uji Hasil

Mengamati konsentrasi asam asetat (CH3COOH) dengan titrasi menggunakan NaOH.

3.5. Cara Kerja

1. Merangkai alat seperti pada gambar.

2. Mencampurkan asam asetat … ml dan katalis H2SO4 … ml, panaskan sampai suhu

…0C.

3. Panaskan etanol … ml sampai suhu …0C.

4. Setelah suhu kedua reaktan sama campurkan kedua reaktan tersebut kedalam labu

leher tiga.

5. Amati suhu campuran. Setelah tercapai suhu …0C kembali, sampel diambil … ml

mulai dari to dengan waktu pengambilan setiap … menit dan dihentikan setelah

mendapat hasil volume titran konstan sebanyak 3 kali.

6. Metode analisis

Mengambil 5 ml sampel lalu ditambahkan 3 tetes indikator PP, kemudian sampel

dititrasi dengan NaOH … N. Amati perubahan warna yang terjadi yaitu dari tidak

berwarna menjadi warna merah muda hampir hilang. Catat kebutuhan titran.

Menghentikan pengambilan sampel setelah 5 kali pengambilan.

7. Ulangi langkah di atas untuk variabel jenis katalis HCl dengan volume asam asetat

… ml , volume etanol … ml , dan volume HCl … ml.

DAFTAR PUSAKA

Hakim, Arif Rahman dan Irawan S., 2010. Kajian Awal Sintesis Biodiesel dari Minyak Dedak

Padi Proses Esterifikasi. Skripsi. Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik UNDIP, Semarang.

Haritsah, Iftironi., 2013. Regenerasi Katalis Pt/Zeolit dan H-Zeolit Serta Uji Aktivitasnya dalam

Reaksi Esterifikasi Asam Asetat dan Etanol. Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.

Smith, JM dkk. 2001 Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, Sixth Edition.

Mc Graw Hill

Pratiwi, Dini Novalia. 2011. Optimalisasi reaksi Esterifikasi Asam Asetat dengan 1-Heksena,

Sebagai Salah Satu Tahapan Pada Proses Pembuatan Etanol. Skripsi. Program Studi Kimia

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah, Jakarta.

.