Esterifikasi

Proses esterifikasi adalah suatu reaksi reversible antara suatu asam karboksilat dengan suatu alcohol. Produk esterifikasi disebut ester yang mempunyai sifat yang khas yaitu baunya yang harum. Sehingga pada  umumnya  digunakan sebagai pengharum (essence) sintetis. Tetapi bila menggunakan katalis asam sulfat atau asam klorida, kesetimbangan reaksi akan tercapai dalam beberapa jam. Persamaan reaksinya diringkas sebagai berikut :

O                                                                   OH                            O

                                                   h

                RCOH              +    R’OH                       R     C    OH                   RCOR’     +   H2O

                As.  karboksilat                                                                                ester

                                                                                        OR   

Esterifikasi dipengaruhi oleh beberapa factor diantaranya ; struktur molekul dari alcohol, suhu proses dan konsentrasi katalis maupun reaktan.

Kereaktifan alcohol terhadap esterifikasi :

                                    CH₃OH > primer > sekunder > tersier

Kereaktifan asam karboksilat terhadap esterifikasi :

HCO₂H > CH₃CO₂H > RCH₂CO₂H > R₂CHCO₂H > R₃CCO₂H

Kinetika reaksi antara asam karboksilat dengan alcohol yang menggunakan katalisasm dinyatakan sebagai berikut:

                                    ROH   +   H⁺      ®        ROH²⁺

                                    R’COOH   +   ROH₂⁺®R’COOR+H₃O⁺  

Persamaan diatas didasarkan pada asumsi bahwa ion hydrogen (H⁺) dari katalis bereaksi dengan gugus hidroksil dari alcohol untuk membentuk  kompleks ROH₂⁺  kemudian bereaksi dengan asam karboksilat membentuk ester.

Laju esterifikasi sesuai dengan  konsentrasi ester dan kompleks alcohol :

d[R,COOR] / dt  =  k [R’COOH] [ROH₂⁺]

dengan terbentuknya air dalam reaksi ini menyebabkan lambatnya laju esteerifikasi, sehingga kesetimbangan antara alcohol  dengan kompleks air  ditunjukkan pada persamaan reaksi dibawah ini :

ROH₂⁺    +   H₂O   Û   H₃O⁺    +    ROH,

Berdasarkan hasil kesetimbangan reaksi diatas, maka konstanta kesetimbangan  dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

K =  [H₃O⁺] [ROH] / [ROH₂⁺] [H₂O]

Sesuai dengan hukum aksi massa (mass-action law), untuk memperoleh rendeman ester yang tinggi, mka kesetimbangan harus bergeser  ke arah pembentukan ester. Untuk mencapai keadaan ini dapat ditemouh dengan cara :

a.       Salah satu pereaksi (yang murah) digunakan secara berlebih.

b.      Membuang salah satu produk dari dalam campuran reaksi,misalnya melalui proses distilasi air secara azeotropis.

Laju esterifikasi suatu asam karboksilat bergantung terutama pada halangan sterik dalam alcohol dan asm karboksilatnya. Dengan bertambahnya halangan sterik  di dalam zat antara, laju pembentukan ester akan menurun. Dengan demikian rendeman ester akn berkurang. Jika suatu ester yang meruah (bulky) harus dibuat, maka akan lebih baik dignakan rute sintetis yang lain. Contoh adalah  reaksi antara alcohol dengan anhidrida asam atau klorida asam yang lebih reaktif dari pada asam karboksilat dan yang bereaksi dengan alcohol secara irreversible.  

Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Kecepatan Reaksi ( Kinetika Kimia)

 

Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Kecepatan Reaksi

1.          Sifat Dan Keadaan Zat

Pada umumnya reaksi senyawa ionik lebih cepat daripada reaksi senyawa kovalen.

Contoh reaksi:

AgNO₃ + HCl --> AgCl + HNO₃                                   (cepat)

CH₃COOH + C₂H₅OH --> CH₃COOC₂H₅ + H₂O        (lambat)

Fe _(sebatang) + HCl _(larutan) --> FeCl₂ + H₂                    (agak cepat)

Fe _(serbuk) + HCl _(larutan) --> FeCl₂ + H₂                        (cepat)

2.          Konsentrasi Zat Yang Bereaksi

Makin besar konsentrasi zat-zat yang bereaksi, maka reaksi berlangsung makin cepat.

Contoh reaksi :

Zn_(s) + 0.1 M HCl®ZnCl₂ + H₂            (I)

Zn_(s) + 0.2 M HCl®ZnCl₂ + H₂            (II)

Reaksi (II) berlangsung lebih cepat daripada reaksi (I).

3.          Temperatur

Pada umumnya bila suhu suatu reaksi dinaikkan sebesar 10 ⁰C, laju reaksinya bertambah dua kali. Dengan kenaikan suhu tenaga kinetik molekul bertambah sehingga gerakan molekul untuk mengadakan tumbukan makin cepat sehingga jumlah tumbukan per satuan waktu akan bertambah.

Energi aktivasi adalah energi tumbukan minimum yang dibutuhkan oleh suatu molekul untuk menghasilkan reaksi kimia. Makin besar energi aktivasi maka reaksi akan makin sukar terjadi atau reaksi makin lambat.

4.          Katalisator

Katalisator adalah zat yang dapat mempercepat atau memperlambat jalannya suatu reaksi tanpa mengubah hasil reaksi.

Garam Terhidrasi ( efflorescence dan defflorescence)

Pada umumnya kristal suatu senyawa kimia bila diletakkan beberapa lama di udara akan mengadsorbsi air pada permukaaannya. Jumlah air yang diadsorbsi relative lebih kecil bergantung pada kelembaban udara. Hal ini dapat dilihat pada permukaannya yang basah. Terdapat pula kristal yang mengandung sejumlah air yang terikat secara kimia dalam kristal tersebut. Kristal-kristal ini, biasanya merupakan garam ionic. Air yang terdapat di dalamnya, disebut air kristal dan biasanya berikatan dengan kationnya. Air kristal yang terdapat pada senyawa, mempunyai jumlah tertentu dan relatif mudah dihilangkan melalui pemanasan pada suhu diatas titik didih air. Sebagai contoh adalah hidrat tembaga ( II ) klorida yang dapat diubah menjadi tembaga ( II ) klorida melalui pemanasan pada suhu 110⁰ C.

      Reaksi penghilangan air kristal pada saat pemanasan :

                              CuCl₂.2H₂O → CuCl₂ + 2H₂O

Reaksi diatas dikenal dengan reaksi dehidrasi. Pada dehidrasi terjadi perubahan struktur kristal dan warnanya. Perubahan ini juga bergantung pada pemanasan, apakah sempurna atau tidak. Sebagi contoh kristal CoCl₂.2H₂O akan berwarna violet, tetapi jika dipanaskan sempurna dia akan berubah menjadi biru.

      Ada senyawa hidrat yang bila diletakkan di udara terbuka akan melepaskan air. Banyaknya air yang dilepaskan bergantung pada kelembaban udara, makin besar kelembaman makin sedikit air yang dilepaskan. Proses pelepasan air ini disebut efflorescence, misalnya CoCl₂.6H₂O. tetapi ada juga senyawa yang bila diletakkan di udara akan menyerap air dan akan mencair jika diletakkan lebih lama lagi. Senyawa yang demikian disebut hygroskopis dan prosesnya disenut deliquescence, misalnya kristal NaOH. Tidak hanya air di udara, tetapi dapat juga untuk menyerap air dari dalam larutan sedemikian rupa sehingga larutan tersebut bebas air. Senyawa yang demikian disebut desicant atau zat pengering. Jadi desicant menyerap air tidak hanya dari udara tetapi dari larutan juga.

      Beberapa senyawa menghasilkan air juga pada pemanasan, tetapi senyawa tersebut merupakan senyawa hidrat yang sebenarnya. Air yang dihasilakn tersebut merupakan proses penguraian dan bukan merupakan proses penghilangan air, bukan merupakan proses reversibel. Penambahan air ke dalam CuCl₂ anhidrida, akan menghasilkan CuCl₂.2H₂O. Bila cukup air yang ditambahkan, maka akan diperoleh larutan yang mengandung hidrat ion Cu²⁺. Semua hidrat ionik larut dalam air dan dapat diperoleh kembali melalui kristalisasi dari larutannya. Jumlah air terikat bergantung kepada cara pembuatan hidrat tersebut. 

Polarimetri

Cahaya biasanya (alamiah) merambat seperti gelombang, dan gelombang itu tegak lurus arah rambatnya. Cahaya terpolarisasi-bidang adalah cahaya yang getaran (vibration) gelombangnya telah tersaring semua, kecuali getaran yang berada pada satu bidang. Polarisasi bidang dilakukan dengan melewatkan cahaya biasa menembus sepasang kaca kristal kalsit (calsite, CaCO3) atau menembus suatu lensa polarisasi (asas yang sama digunakan dalam kaca mata gelap polaroid).

Gula (sukrosa) adalah salah satu bahan optik aktif, memutar bidang polarisasi ke kanan (dextrorotatory). Umumnya sudut pemutaran bidang polarisasi gula digunakan untuk menunjukan kadar gula berdasarkan skala gula internasional.

Tahun 1932 telah ditetapkan standar internasional untuk analisa kadar gula oleh International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis. Untuk 26,000 gram sukrosa murni yang dilarutkan dalam air hingga 100 mL, pemutaran bidang polarisasi sama dengan 34,6260 diukur menggunakan tabung 200 mm dan cahaya lampu natrium. Standar ini sama dengan 1000 Z. Dengan demikian 10 Z sama dengan sudut pemutaran bidang polarisasi 0,346260, dan 10 pemutaran bidang polarisasi sama dengan 2,88800 Z. Hubungan ini dapat digunakan untuk menentukan kandungan gula di dalam cuplikan yang tidak diketahui, dengan menggunakan cuplikan seberat 26,000 gram dan mengukur sudut bidang polarisasi dengan cara yang sama.

I.2 Tujuan

µ  Mengetahui arah sudut putar cuplikan yang akan dianalisis

µ  Mengukur sudut pemutaran bidang polarisasi larutan gula dengan konsentrasi yang berbeda

µ  Menentukan kadar gula dalam cuplikan berdasarkan sudut pemutaran bidang polarisasi larutan cuplikan

µ  Menentukan kadar gula dalam cuplikan denga satuan konsentrasi 0Z

I.                   Landasan Teori

Polarimeter atau spektropolarimeter adalah instrument yang digunakan untuk  mendeteksi aktivitas optis. Polarimetri adalah suatu proses mendeteksi aktivitas optis. Zat aktif optis memutar cahaya terpolarisasi bidang, sedangkan zat yang inaktif optis tidak memutar cahaya terpolarisasi bidang.Beberapa contoh zat aktif optis adalah karbohidarat, protein dan steroid. Beberapa contoh zat inaktif optis adalah air, alcohol, larutan garam dalam air.

JIka cahaya terpolarisasi bidang dilewatkan suatu larutan yang mengandung suatu enantiometer tunggal, maka bidang polarisasi cahaya itu diputar kekanan atau kekiri. Perputaran cahaya terpolarisasi bidang ini disebut rotasi optis. Suatu senyawa yang memutar bidang polarisasi suatu cahaya terpolarisasi bidang dikatakan bersifat aktif optis (optikally active). Larutan yang memutar bidang polarisasi cahaya kekanan disebut dekstrorotatori (Latin : dexter, ”kanan”), dan yang memutar bidang polarisasi cahaya kekiri disebut levorotatori (Latin : leaves, “kiri”). Arah perputaran ditandai oleh (+) untuk dekstrorotatori dan (-) untuk levorotatori. Jika sudut putar jenis (specific rotation) diketahui, maka konsentrasi larutan dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

C = 100α / (l x [α]t)

Keterangan :

C         = konsentrasi larutan (g/mL)

α          = nilai pengukuran (sudut pemutaran bidang polarisasi)

l           = panjang tabung polarimeter (dm)

[α]t      = sudut putar jenis (specific rotation)

t           = temperature

D         = cahaya monokromatis pada panjang gelombang sinar lampu D

Sudut putar jenis (specific rotation) ialah besarnya perputaran oleh 1,00 gram zat dalam 1,00 mL larutan yang berada dalam tabung dengan panjang jalan (cahaya) 1,00 dm pada temperature dan panjang gelombang tertentu. Panjang gelombang yang lazim digunakan adalah 589,3 nm (garis D natrium). Sudut putar jenis untuk suatu senyawa (misalnya pada 200 C) dapat dihitung dari sudut putar yang diamati, dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

[α]tD ] = α / l x C

Keterangan :

α          = sudut teramati pada 200 C

l           = panjang tabung (dm)

C         = konsentrasi larutan cuplikan (g/mL)

PENENTUAN KADAR NITROGEN TOTAL DENGAN METODE KJEDAHL

Destilasi Kjedahl berfungsi untuk menentukan kadar nitrogen total yang terkandung dalam cuplikan. Material atau bahan yang mengandung senyawa N seperti pupuk (urea, NPK, nitrat, ZA), bahan makanan, sayuran, buah-buahan, dan lain sebagainya dapat ditentukan kadar nitrogen atau proteinnya. Penentuan kadar nitrogen total ini melalui tiga tahapan proses pengerjaan yaitu destruksi, destilasi, dan titrasi.

      Destruksi merupakan suatu proses penghancuran senyawa organik seperti protein (berikatan kovalen) diubah menjadi senyawa anorganik. Material yang digunakan sebagai destruktor adalah asam sulfat pekat ditambah garam Kjedahl (tembaga sulfat : natrium sulfat = 1 : 9) sebgai katalis. Pada tahapan ini terjadi reaksi seperti persamaan (1).

Senyawa N + H₂SO₄ pekat    Garam Kjedahl    (NH₄)₂SO₄

Destilasi adalah suatu proses pemisahan senyawa berdasarkan titik didih. Pada kasus ini, amonium sulfat ditambah larutan NaOH 30 % bertujuan untuk membebaskan gas amonia (NH₃) dan dengan pemanasan atau destilasi akan dibebaskan sebgai destilat. Destilat (gas amonia) yang terbentuk ditampung dalam larutan asam misalnya asam borat (H₃BO₃) 2% atau asam sulfat encer (H₂SO₄) yang telah diberi indikator campuran (mixed indikator). Larutan penampung ini berwarna merah muda (pink) dan akan berubah warna menjadi hijau muda karena terjadi reaksi asam borat dengan gas NH₃. Reaksi yang terjadi pada tahap ini ditunjukkan seperti persamaan (2) dan (3) berikut ini.

            (NH₄)₂SO₄  +  2 NaOH               2 NH₃  +  Na₂SO₄                                     --(2)

            2 NH₃  +  H₃BO₃ (merah muda)               NH₄⁺  +  HBO₃^- (hijau muda)  --(3)

Untuk mengetahui jumlah asam borat yang bereaksi dengan gas amonia yang terbentuk, maka larutan ini direaksikan dengan asam klorida dengan menggunakan metode volumetri atau titrasi. Titik ekivalen dicapai pada saat warna larutan berubah kembali menjadi merah muda atau warna sebelum asam borat digunakan sebagai penampung destilat. Reaksi yang terjadi ditunjukkan dengan persamaan (4).

H⁺  +  HBO₃^- (hijau muda)                       H₃BO₃ (merah muda)                    --(4)

Berdasarkan tahapan proses penentuan kadar nitrogen total dalam sampel dapat dijelaskan bahwa :

            Ekivalen asam klorida            Ekivalen kadar nitrogen total

Jumlah persen (%) nitrogen total dalam sampel

                        %N = [(Va-V_o) N x 14 x 100%]/[p]

dengan :

            Va = volume asam klorida yang diperlukan untuk titrasi sampel (ml)

            V_o = volume asam klorida yang diperlukan untuk titrasi blanko (tanpa sampel)

                    (ml)

            N  = konsentrasi asam klorida (N)

14 = berat ekivalen nitrogen

P   = berat sampel dalam mg

Kadar protein dalam sampel khususnya makanan

                         %protein = f x %N

f adalah faktor konversi kandungan N dalam suatu bahan makanan

Harga f beberapa jenis makanan

No.	Jenis bahan makanan	Faktor konversi (f)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.	Bir, sirup, biji-bijian, ragi, makanan ternak, buah-buahan, the, malt, anggur Beras Roti, gandum, makroni, bakmi Kacang tanah Kedelai Kenari Susu kental manis	6,25 5,95 5,70 5,46 5,75 5,18 6,38