DEKOMPOSISI THERMAL KARBONAT

PERCOBAAN I

DEKOMPOSISI THERMAL KARBONAT

I.          Tujuan

 Mahasiswa dapat mempelajari pendekomposisian natrium hidrogen karbonat melalui pemanasan dan titrasi dengan menggunakan hidrogen klorida.

II.       Dasar Teori

Asam karbonat merupakan salah satu contoh senyawa yang mengandung karbon. Terdapat dua jenis garam-garam karbonat yang dapat diperoleh dengan cara netralisasi larutan asam karbonat yaitu: hidrogen bikarbonat HCO₃^­- yang diperoleh dari hasil parsial netralisasi dari karbonat CO₃^2- hasil dari netralisasi yang lengkap. Dalam percoban ini Mahasiswa akan mendekomposisi NaHCO₃ yang diketahui massanya menjadi Na₂CO₃­ lalu menimbang beratnya kemudian massanya mnejadi Na₂CO₃­ prediksi berdasarkan berdasarkan kuntitas awal NaHCO₃ menjadi Na₂CO₃ dapat dihitung, larutan Na₂CO₃ dapat juga dititrasi dengan HCl yang diketahui konsentrasinya untuk mendapatkan nilai kedua dari massa Na₂CO₃  yang dihasilkan dari dekomposisi thermal.
Perkembangan mengenai cara-cara bagaimana industri-industri memperoleh natrium karbonat mengilustrasikan betapa pentingnya factor – factor ekonomi  dan lingkungan dalam proses kimia industry (Staf Pengajar Kimia Anorganik  I, 2011). 

Jika dipanaskan, kebanyakan karbonat cenderung mengalami dekomposisi membentuk oksida logam dan karbon dioksida. Sebagai contoh, karbonat Golongan 2 sederhana seperti kalsium karbonat terdekomposisi sebagai berikut:

     

Pada Golongan 1, lithium karbonat mengalami proses dekomposisi yang sama – menghasilkan lithium oksida dan karbon dioksida.

Karbonat dari unsur-unsur selain lithium pada Golongan 1 tidak terdekomposisi pada suhu Bunsen, walaupun pada suhu yang lebih tinggi mereka akan terdekomposisi. Suhu dekomposisi lagi-lagi meningkat semakin ke bawah Golongan.

Stabilitas termal hidrogenkarbonat

Hidrogen karbonat Golongan 2 seperti kalsium hidrogenkarbonat sangat tidak stabil terhadap panas sehingga hanya terdapat sebagai larutan. Setiap upaya untuk mengeluarkannya dari larutan akan menyebabkan senyawa hidrogenkarbonat tersebut terdekomposisi membentuk karbonat, karbondioksida dan air.

Sebaliknya, hidrogenkarbonat Golongan 1 cukup stabil dalam wujud padat, walaupun mudah terdekomposisi jika dipanaskan. Sebagai contoh, untuk natrium hidrogenkarbonat:

Penjelasan kecenderungan stabilitas termal

Disini kita akan menjelaskan secara rinci tentang stabilitas termal senyawa-senyawa karbonat karena diagram-diagram untuk karbonat lebih muda dibuat. Begitu juga dengan senyawa-senyawa nitrat atau hidrogenkarbonat. Ada dua cara untuk menjelaskan meningkatnya stabilitas termal semakin ke bawah Golongan. Cara yang sulit berkenaan dengan energetika dari proses; cara sederhana adalah dengan melihat kemampuan polarisasi dari ion-ion positif. Sebuah ion positif yang kecil memiliki banyak muatan yang tertata dalam sebuah ruang yang bervolume kecil – khususnya jika ion tersebut memiliki lebih dari satu muatan positif. Ion ini memiliki kepadatan muatan yang tinggi dan memiliki efek distorsi yang besar terhadap setiap ion negatif yang terdapat di dekatnya. (Clark, 2007).

III.    Alat dan Bahan

 Adapun alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

a.       Alat

-          Tabung reaksi

-          Penjepit tabung reaksi

-          Penangas listrik

-          Labu erlenmeyer

-          Gelas kimia

-          Pipet gondok 25 mL

-          Karet penghisap

-          Buret

-          Klem dan statif

-          Neraca digital

-          Rak tabung reaksi

-          Batang pengaduk

-          Botol semprot

-          Corong

-          Labu ukur 100 mL

-          Pipet tetes

-          Gelas ukur

b.      Bahan

-          Larutan HCl 0,1 M

-          Padatan NaHCO₃

-          Indikator Metil orange

-          Aquades

IV.    Prosedur Kerja

Adapun prosedur kerja yang dilakukan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

1.   Dekomposisi Thermal NaHCO₃

a.       Menimbang tabung reaksi yang kering dan bersih.

b.      Menambahkan padatan NaHCO₃ ke dalam tabung reaksi, lalu menimbang  padatan tersebut yang telah ditambahkan ke dalam tabung reaksi kemudian mencatat massa dari NaHCO₃.

c.       Memanaskan tabung tersebut diatas penangas listrik dengan menggunakan penjepit tabung reaksi hingga akan terbentuk uap yang mengumpul pada leher tabung reaksi.

d.      Membiarkan sejenak untuk mendinginkan (pada temperatur kamar) tabung reaksi dan isinya dengan meletakkan tabung reaksi pada rak tabung reaksi.

e.       Menimbang dan mencatat massanya dan hitung massa dari padatan (Na₂CO₃ + NaHCO₃ yang tidak bereaksi).

2.   Titrasi Na₂CO₃ dengan HCl

a.       Mencampurkan padatan Na₂CO₃ dengan aquades ke gelas kimia, kemudian memanaskannya di atas penangas listrik sambil mengaduknya secara perlahan untuk melarutkan padatan Na₂CO₃.

b.      Setelah semua padatan Na₂CO₃ larut menuangkan larutan tersebut ke dalam labu ukur dengan menggunakan corong kaca, dan membilas gelas kimia tersebut untuk memastikan bahwa semua pada Na₂CO₃ telah ditransfer ke dalam labu ukur.

c.       Lalu menambahkan lagi aquades ke dalam labu ukur hingga mencapai batas ukur pada labu ukur, lalu menutup dan mengocok labu dengam cara membolak-balikkan untuk menghomogenkan larutan. Lalu mengambil 10 ml larutan Na₂CO₃ yang telah jadi, kemudian mengencerkannya sampai 100 ml.

d.      Menyiapkan buret pada klem dan statif kemudian  membilas buret dengan aquades, lalu mengisi buret dengan larutan HCl hingga 50 ml. Lalu mencatat volume larutan dalam buret.

e.       Menyiapkan 2 buah labu erlenmeyer, kemudian memasukkan larutan Na₂CO_­3 ke dalam labu erlenmeyer masing-masing 25 ml dengan menggunakan pipet gondok 25 ml dan karet penghisap.

f.       Menambahkan 2 tetes indikator metil orange ke dalam masing-masing erlenmeyer selanjutnya menitrasi dengan larutan HCl standar.

g.      Mencatat volume HCl yang dibutuhkan untuk menitrasi larutan Na₂CO₃ pada masing – masing labu erlenmeyer.

 

V.       Hasil Pengamatan

Adapun hasil pengamatan yang diperoleh pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

1. Dekomposisi Thermal NaHCO₃

-     Berat tabung reaksi                                                             =  18,69 gram

-     Massa NaHCO₃ yang ditambahkan                                   =  1,06 gram

-     Berat tabung reaksi + NaHCO₃ sebelum dipanaskan         =  19,75 gram

-     Berat tabung reaksi + NaHCO₃ setelah dipanaskan           =  19,43 gram

-     Massa (Na_­2CO₃ + NaHCO₃ yang tidak bereaksi)              =  0,74 gram

2. Titrasi Na₂CO₃denganHCl.

-     Na₂CO₃ + aquades lalu dipanaskan            =  Larutan bening

·       Titrasi I

-     Volume Na₂CO₃                                         =  25 ml

-     Volume HCl                                               =  3,4 ml

-     Warna larutan sebelum dititrasi                  =  kuning

-     Warna larutan setelah dititrasi                    =  orange

·      Titrasi II

-     Volume Na₂CO₃                                         =  25 ml

-     Volume HCl                                               =  3 ml

-     Warna larutan sebelumdititrasi                   =  kuning

-     Warna larutan setelah dititrasi                    =  orange

v  Persamaan Reaksi

-          2NaHCO_{3(s)           ---------->}            Na₂CO_3(s) + H₂O_(l) + CO_2(g)

-          Na₂CO_3(aq) + 2HCl_(aq)    ------->         2NaCl_(aq) + H₂O_(l) + CO_2(g)

v  Perhitungan

1.      Dekomposisi Thermal NaHCO₃

-          Mol NaHCO₃ =  Massa/Mr

                               = 10,6 gram/84 gr mol-1

                                = 0,013  mol

-          Mol Na₂CO₃ =  koef Na₂CO₃ x mol natrium karbonat/koef NaHCO₃

                      = 0,006 mol

-          Massa Na₂CO₃ =  n. Na₂CO₃  x  Mr. Na₂CO₃

              = 0,006 mol x 106 gram/mol

              = 0,636 gram

2.      Titrasi Na₂CO₃ + HCl

·      Erlenmeyer I

              V. Na₂CO₃ x [Na₂CO₃]       = V. HCl  x  [HCl]

[Na₂CO₃]       = 0,014 N

Massa Na₂CO₃  = [Na₂CO₃] x V. Na₂CO₃  x  BE. Na₂CO₃

= 0,014 N x 25 mL x 53 gram/mol

= 0,019 gram

·      Erlenmeyer II

V. Na₂CO₃ x [Na₂CO₃] = V. HCl  x  [HCl]

  [Na₂CO₃] = 0,012 N

Massa Na₂CO₃ = [Na₂CO₃] x V. Na₂CO₃  x  BE. Na₂CO₃

= 0,12 N x 25 mL x 53 gram/mol

= 0,016 gram

·      Rata-rata massa Na₂CO₃ hasil titrasi

                                     = (Massa hasil titrasi I + Massa Hasil titrasi 2)/2

 = 0,018 gram

VI.    Pembahasan

Asam karbonat merupakan salah satu contoh senyawa yang mengandung karbon. Karbonat juga merupakan golongan I yang paling tidak larut adalah litium karbonat. Dalam karbonat terdapat  dua jenis garam-garam karbonat yang dapat diperoleh dengan cara netralisasi larutan asam karbonat yaitu, hidrogen bikarbonat HCO₃^- yang diperoleh dari hasil parsial netralisasi dari karbonat CO₃^2- hasil dari netralisasi yang lengkap (Staf Pengajar Kimia Anorganik  I, 2011). 

Adapun tujuan dari percobaan ini yaitu untuk mempelajari pendekomposisian natrium hidrogen karbonat melalui pemanasan dan titrasi dengan menggunakan hydrogen klorida. Pada perlakuan ini ada dua cara yang digunakan dalam mendekomposisi yaitu cara gravimetri dan titrimetri. Gravimetri merupakan metode analisis kuantitatif berdasarkan penimbangan  sedangkan titrimetri merupakan metode pengukuran sejumlah volume pada titrasi (Pursitasari, 2011). 

1.      Dekomposisi Termal NaHCO₃

Pada perlakuan pertama yaitu menimbang tabung reaksi kosong dengan menggunakan neraca digital kemudian mencatat beratnya. Hasil yang didapatkan dari penimbangan ini yaitu seberat 18,69 gram, kemudian memasukkan padatan NaHCO₃ dalam tabung reaksi dan menghitung massa NaHCO₃, hasil yang didapatkan yaitu 1,06 gram, kemudian menimbang sebanyak 1,06 gram padatan NaHCO₃ dan memasukkannya ke dalam tabung reaksi sehingga diperoleh berat yaitu 19,75 gram. Kemudian  tabung reaksi yang telah berisi padatan NaHCO₃ dipanaskan diatas penangas listrik, sampai terbentuk uap yang berdasarkan persamaan reaksi uap tersebut yaitu CO₂. Kemudian uap yang yang terbentuk didalam tabung reaksi tersebut dikeringkan diatas penangas, kemudian tabung tersebut didinginkan. Tujuan pemanasan pada percobaan ini adalah untuk mendekomposisi thermal karbonat dan untuk menguapkan H₂O. Dimana dekomposisi termal karbonat merupakan teknik pemecahan reaksi  kimia,  dimana senyawa tunggal memecah menjadi dua atau lebih senyawa karbonat apabila dipanaskan, dan pada percobaan ini senyawa tunggalnya yaitu senyawa NaHCO₃ dan setelah dipanaskan, senyawa ini memecah menjadi Na₂CO₃, gas CO₂ dan H₂O. Setelah tabung reaksi dingin maka dilakukan lagi penimbangan, hasil yang didapatkan dari penimbangan ini yaitu  sebesar 19,43 gram, dan dapat dilihat adanya perbedaan dari massa NaHCO₃ sebelum dan sesudah pemanasan, yaitu massa NaHCO₃ sebelum dipanaskan yaitu 1,06 gram dan setelah dipanaskan yaitu sebesar 0,74 gram. Adanya perbedaan hasil yang didapatkan disebabkan karena pada saat pemanasan molekul-molekul air yang ada dalam NaHCO₃ terlepas ke udara (Pursitasari, 2011).

Dari persamaan reaksi dapat diketahui bahwa Pada saat pemanasan NaHCO₃ akan terurai melepaskan gas CO₂ dan H₂O, sehingga yang tersisa hanyalah natrium karbonat dalam bentuk padatan. Pada percobaan ini akan mendekomposisi NaHCO₃ yang diketahui massanya menjadi Na₂CO₃ lalu menimbang beratnya kemudian membandingkan massa Na₂CO₃ prediksi berdasarkan kuantitas awal dari NaHCO₃. Massa NaHCO₃ sebelum dan sesudah dipanaskan berbeda dengan hasil yang ada secara teoritis. Pada perhitungan massa Na₂CO₃, diperoleh hasil sebesar 0,636 gram, sedangkan massa Na₂CO₃ dari hasil  pengamatan sebelumnya didapatkan hasil yaitu sebesar 0,74 gram. Adanya perbedaan hasil yang diperoleh disebabkan karena adanya kesalahan praktikan dalam melakukan percobaan, diantaranya dalam melakukan pemanasan dimana NaHCO₃ belum terdekomposisi sempurna menjadi Na₂CO₃ ataupun molekul-molekul air yang ada dalam NaHCO₃ masih tersisa dan tidak terlepas ke udara seluruhnya (Anonim, 2010)

2.      Titrasi Na₂CO₃ dengan HCl

Titrimetri merupakan metode pengukuran sejumlah volume pada titrasi. Pada Perlakuan ini, yang pertama dilakukan yaitu melarutkan padatan Na₂CO₃ yang berada pada tabung reaksi dengan aquades ke dalam gelas kimia, kemudian melakukan pemanasan kembali, adapun tujuan dari pemanasan ini yaitu untuk mempercepat proses reaksi pelarutan dan hasil larutannya berwarna bening karena pada proses ini dilakukan pemanasan sehingga Na₂CO₃ dapat larut dengan aquades walaupun reaksinya berlangsung lambat, yang menandakan bahwa Na₂CO₃ larut dalam air. Berdasarkan literatur, Na₂CO₃ bila ditambahkan dengan H₂O, larutan menjadi keruh atau kurang larut. Adapun hasil pada percobaan ini sama dengan literatur, akan tetapi pada saat dipanaskan, larutan menjadi bening. Hal ini dikarenakan Karbonat dari unsur-unsur selain lithium pada Golongan 1 tidak terdekomposisi pada suhu Bunsen, walaupun pada suhu yang lebih tinggi mereka akan terdekomposisi. Suhu dekomposisi lagi-lagi meningkat semakin ke bawah Golongan (Clark, 2007).

Kemudian  larutan tersebut dipindahkan ke dalam labu ukur dan mengencerkannya dengan menambahkan aquades sampai batas ukur dari labu tersebut kemudian mengocoknya, adapun tujuan dilakukan pengocokan yaitu agar larutan tersebut cepat bercampur dan menghomogenkan larutan tersebut.

Pada perlakuan selanjutnya yaitu memasukkan larutan Na₂CO_­3 ke dalam dua labu erlenmeyer masing-masing 25 ml dan menitrasinya dengan larutan HCl, larutan  HCl dalam percobaan ini merupakan larutan standar, yaitu larutan yang telah diketahui konsentrasinya secara pasti. Pada titrasi dipakai larutan asam yaitu HCl karena HCl disini bersifat asam kuat yang dapat menitrasi Na₂CO₃ yang bersifat basa lemah, dimana senyawa ini berasal dari natrium (Na) yang merupakan basa kuat dan CO₂ yang merupakan asam lemah. Kemudian ke dalam masing-masing labu erlenmeyer 1 dan 2, ditambahkan dengan beberapa tetes indikator metil orange dan diperoleh warna larutan pada masing-masing erlenmeyer sebelum dititrasi yaitu berwarna kuning, dan setelah dititrasi larutannya berubah menjadi warna orange, adanya perubahan warna ini menandakan bahwa titik akhir titrasi suatu titrasi telah dicapai. Adapun tujuan penambahan indikator metil orange yaitu  untuk mengetahui bahwa titik akhir titrasi telah tercapai dengan ditandai adanya perubahan warna pada larutan yang dititrasi dimana metil orange mempunyai trayek pH 3,1 - 4,4 yang bersifat asam dan disini Na₂CO₃ merupakan garam yang bersifat basa lemah maka pada percobaan ini menggunakan indikator metil oranye. Karena dalam melakukan titrasi kita harus menggunakan indikator yang berubah warna disekitar titik ekivalen dari titrasi. Adapun hasil yang diperoleh, untuk titrasi pertama volume HCl yang dibutuhkan untuk menitrasi larutan Na₂CO₃ sebesar 3,4 mL, dan titrasi kedua volume HCl yang dibutuhkan untuk menitrasi Na₂CO₃  juga sebesar 3 mL.

Dari hasil volume titrasi dapat dilihat bahwa hasil berat kristal Na₂CO₃ berbeda dari hasil titrasi dan gravimetri hal ini disebabkan karena konsentrasi Na₂CO₃ sangat kecil sehingga berat Na₂CO₃ yang diperoleh juga kecil. Berdasarkan perhitungan dari proses titrasi massa rata-rata Na₂CO₃ didapatkan hasil 0,018 gram (Anonim, 2010).

Dari kedua metode yang digunakan diatas, dapat dilihat kestabilan termal dari kedua senyawa tersebut. Dimana Na₂CO₃ lebih stabil dibanding NaHCO₃. Hal ini disebabkan semakin kecil ion positif, semakin tinggi kepadatan muatan, dan semakin besar efek yang akan ditimbulkan terhadap ion karbonat. Semakin ke bawah Golongan, ion-ion positif semakin besar sehingga memiliki efek yang lebih kecil terhadap ion-ion karbonat di dekatnya. Sebagai konsekuensinya, lebih banyak panas yang diperlukan untuk melepaskan karbon dioksida dan membentuk oksida logam. Polarisasi hidrogenkarbonat (NaHCO₃) sama persis seperti karbonat. Ion-ion positif yang kecil di bagian atas Golongan lebih kuat dalam mempolarisasi ion hidrogenkarbonat dibanding ion-ion positif yang lebih besar di bagian bawah golongan. Dan lagi-lagi, senyawa-senyawa Golongan 1 memerlukan lebih banyak panas dibanding senyawa Golongan 2 karena ion-ion Golongan 1 memiliki efek polarisasi yang lebih kecil (Clark, 2007).

VII.    Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat ditarik dari percobaan ini adalah sebagai berikut:

1.      Natrium hidrogen karbonat bersifat tidak stabil pada proses pemanasan karena dapat terdekomposisi membentuk senyawa-senyawa Na₂CO₃, H₂O dan gas CO₂.

2.      Na₂CO₃ dititrasi dengan larutan HCl akan membentuk senyawa-senyawa NaCl, H₂O dan gas CO₂.

 

 

Daftar Pustaka

.

Anonim. 2010. Dekomposisi Thermal Karbonat. (http://putrikeongdanpangerankudaputih.blogspot.com/2010/10/pembuatan-natrium-tiosulfat.html). Diakses tanggal 23 November 2011.

Clark, Jim. 2007. Beberapa Senyawa Dari Unsur Unsur Golongan 1. (http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_anorganik1/unsur-unsur-golongan_1/beberapa_senyawa_dari_unsur_unsur_golongan_1/). diakses tanggal 23 November 2011

Pursitasari, Indarini Dwi. 2011. Kimia Analisis Kuantitatif. Universitas Tadulako. Palu.

                                                            

Staf Pengajar Kimia Anorganik I, 2011. Penuntun Praktikum Kimia Anorganik I. Universitas Tadulako. Palu.

 

LAMPIRAN

1.      Tuliskan reaksi yang terjadi pada tahapan D1 dan D2.

2.      Dalam tahapan D2 mengapa sangat penting untuk mentransfer semua Na₂CO_­3 yang terdapat pada tabung reaksi ke labu volumetrik.

3.      Bandingkan kedua metode perhitungan massa Na₂CO_­3 pada tahapan D1 dan D2.

Jawaban

1.              D1.    2NaHCO_3(s)                           Na₂CO_3(s) + H₂O_(l) + CO_2(g)

        D2.    Na₂CO_3(aq) + 2HCl_(aq)                        2NaCl_(aq) + H₂O_(l) + CO_2(g)

2.      Karena, agar berat dari Na₂CO_­3 yang diperoleh nantinya akan maksimal, dimana tidak ada lagi sisa-sisa Na₂CO_­3 pada tabung reaksi.

3.      Pada perlakuan ini ada dua cara yang digunakan dalam mendekomposisi yaitu cara gravimetri dan titrimetri. Gravimetri merupakan metode analisis kuantitatif berdasarkan penimbangan  sedangkan titrimetri merupakan metode pengukuran sejumlah volume pada titrasi. Dari hasil yang diperoleh, metode yang paling baik dilakukan yaitu metode gravimetri karena hasil yang diperoleh lebih mendekati. Hal ini juga dikarenakan NaHCO yang digunakan berbentuk padatan.