BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Bahan Bakar Hidrogen
Hidrogen bahasa Latin: hydrogenium, dari bahasa Yunani: hydro: air, genes
: membentuk adalah unsur kimia pada tabel periodik yang memiliki simbol H dan nomor atom 1. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen tidak berwarna,
tidak berbau, bersifat non-logam, bervalensi tunggal, dan merupakan gas diatomik yang sangat mudah terbakar. Dengan massa atom 1,00794 amu, hidrogen adalah
unsur teringan di dunia. Hidrogen adalah unsur paling melimpah dengan persentase kira-kira 75
dari total massa unsur alam. Kebanyakan bintang dibentuk oleh hidrogen dalam keadaan plasma. Di bumi sebanyak 70 ditutupi oleh air, yang dibentuk oleh 2
atom hidrogen dan oksigen Ranjit, saxena, 2012. Senyawa hidrogen relatif langka dan jarang dijumpai secara alami di bumi, dan biasanya dihasilkan secara
industri dari berbagai senyawa hidrokarbon seperti metana. Hidrogen juga dapat dihasilkan dari air melalui proses elektrolisis, namun proses ini secara komersial
lebih mahal daripada produksi hidrogen dari gas alam. Isotop hidrogen yang paling banyak dijumpai di alam adalah protium,
yang inti atomnya hanya mempunyai proton tunggal dan tanpa neutron. Senyawa ionik hidrogen dapat bermuatan positif kation ataupun negatif anion. Hidrogen
dapat membentuk senyawa dengan kebanyakan unsur dan dapat dijumpai dalam air dan senyawa-senyawa organik. Hidrogen sangat penting dalam reaksi asam
basa yang mana banyak rekasi ini melibatkan pertukaran proton antar molekul terlarut. Adapun sifat hidrogen dapat dilihat dalam tabel 1.1
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1
Sifat Hidrogen dengan bahan bakar lain Lit 8
Description Hidrogen Gasoline Methana Etanol LPG
Biogas Density kgm
3
0.081 4.4
0.6512 789
2.24 1.1
Mol. Wt
2.016 107
16.043 46.07
44.1 25.46
Auto ignition temp
O
C
500 257
537 423 493-549
700
Boiling Point
O
C at 1 atm -252
25-225 -162
78 -42
Ignition energy in Air MJ
0.02 0.24
NA
Flame temp in air
O
C
2045 2197
1918 1980
1911
Lower flammability limit vol in air
4 1.4
5 4.3
2.2 7.7
Upper flammability vol in air
74 7.6
15 19
9.5 23
Buoyancy: Gas or vapor density relative to air
0.07 2-4
0.6 1.51
1.51 0.863
Carbon Constituent
NA 85-88
75 50-52
82
Hydrogen Constituent 100
12-15 25
13-15 18
Lower heat of combustion MJkg
119.93 44.5
50.02 26.9
46
Burning Velocity in air msec
2.65-3.25 0.37 NA
Specific Heat Ratio of NTP gas
1.383 1.05
1.308 1.303
Diffusion coefficient in NTP air cm
2
sec
0.61 0.005
0.16 0.11
Gas hidrogen sangat mudah terbakar dan akan terbakar pada konsentrasi serendah 4 H
2
di udara bebas. Entalpi pembakaran hidrogen adalah -286 kJmol. Hidrogen terbakar menurut persamaan kimia:
2 H
2
g + O
2
g → 2 H
2
Ol + 572 kJ 286 kJmol
Universitas Sumatera Utara
Ketika dicampur dengan oksigen dalam berbagai perbandingan, hidrogen meledak seketika disulut dengan api dan akan meledak sendiri pada temperatur
560 °C. Lidah api hasil pembakaran hidrogen-oksigen murni memancarkan gelombang ultraviolet dan hampir tidak terlihat dengan mata telanjang Ranjit,
Saxena, 2012. Oleh karena itu, sangatlah sulit mendeteksi terjadinya kebocoran hidrogen secara visual. Kasus meledaknya pesawat Hindenburg adalah salah satu
contoh terkenal dari pembakaran hidrogen. Karakteristik lainnya dari api hidrogen adalah nyala api cenderung
menghilang dengan cepat di udara, sehingga kerusakan akibat ledakan hidrogen lebih ringan dari ledakan hidrokarbon. Dalam kasus kecelakaan Hidenburg, dua
pertiga dari penumpang pesawat selamat dan kebanyakan kasus meninggal disebabkan oleh terbakarnya bahan bakar diesel yang bocor.
H
2
bereaksi secara langsung dengan unsur-unsur oksidator lainnya. Ia bereaksi dengan spontan dan hebat pada suhu kamar dengan klorin dan fluorin,
menghasilkan hidrogen halida berupa hidrogen klorida dan hidrogen fluorida. Di seluruh alam semesta ini, hidrogen kebanyakan ditemukan dalam
keadaan atomik dan plasma yang sifatnya berbeda dengan molekul hidrogen. Sebagai plasma, elektron hidrogen dan proton terikat bersama, dan menghasilkan
konduktivitas elektrik yang sangat tinggi dan daya pancar yang tinggi menghasilkan cahaya dari matahari dan bintang lain. Partikel yang bermuatan
dipengaruhi oleh medan magnet dan medan listrik. Sebagai contoh, dalam angin surya, partikel-partikel ini berinteraksi dengan magnetosfer bumi dan
mengakibatkan arus Birkeland dan fenomena Aurora. Hidrogen ditemukan dalam keadaan atom netral di medium antar bintang. Sejumlah besar atom hidrogen
netral yang ditemukan di sistem Lymanalpha teredam diperkirakan mendominasi rapatan barionik alam semesta sampai dengan pergeseran merah z=4.
Dalam keadaan normal di bumi, unsur hidrogen berada dalam keadaan gas diatomik H
2
. Namun, gas hidrogen sangatlah langka di atmosfer bumi 1 ppm berdasarkan volume oleh karena beratnya yang ringan yang menyebabkan gas
hidrogen lepas dari gravitasi bumi. Walaupun demikian, hidrogen masih merupakan unsur paling melimpah di permukaan bumi ini. Kebanyakan hidrogen
Universitas Sumatera Utara
bumi berada dalam keadaan bersenyawa dengan unsur lain seperti hidrokarbon dan air. Adapun gas hidrogen dapat dihasilkan dengan cara Putra, 2010:
1. Mengalirkan uap air melalui karbon panas
Cs + H2O COg + H2 g
H2 yang dihasilkan dengan cara ini tidak murni sebab sukar memisahkan CO.
campuran H2 dan CO disebut gas air. Gas air termasuk bahan bakar penting dan
mempunyai kalor pembakaran besar. 2.
Mengalirkan uap air melalui besi panas 3 Fes + 4 H2O
Fe3O4 + 4 H2g 3.
Pada kilang minyak bumi, hidrogen merupakan hasil samping dari cracking
hidrokarbon. Gas hidrokarbon dialirkan melalui katalis panas dan terurai menjadi hidrogen dan hidrokarbon lain. Hidrokarbon yang lebih ringan
seperti metana metana dapat juga berasal dari gas alam, dipanaskan dengan suhu
750oC dan tekanan 10 atm, CH4g + H2Og
COg + 3H2g 4.
Hidrogen yang sangat murni 99,9, tetapi mahal, diperoleh dengan cara elektrolisis air.
2 H2O 2 H2 g + O2g
Jumlah hidrogen yang cukup banyak diperoleh juga dari hasil samping industri klor-alkali, dimana diperoleh Cl2 dan NaOH dari elektrolisis
larutan NaCl. 5.
Di laboratorium hidrogen murni diperoleh dari reduksi ion hidrogen dengan
logam seng pada prinsipnya dengan logam yang potensial elektodanya negatif
Zns + 2 H+ Zn2+ + H2g
Selain dari pada itu dari reaksi logam aluminium dengan basa
Universitas Sumatera Utara
2 Als + 2 OH- + 6 H2O 2 AlOH4- + 3 H2g
Atau CaH2 dengan air CaH2s + 2 H2O
Ca2+ + 2 OH- + 2 H2g
2.2. Elektrolisis Air
Kategori