KINETIKA REAKSI PEMBUATAN KALSIUM KARBONAT DARI LIMBAH MARMER DENGAN NA TRIUM KARBONAT.
KINETIKA REAKSI PEMBUATAN KALSIUM KARBONAT
DARI LIMBAH MARMER DENGAN
NA TRIUM KARBONAT
Retno Dewati
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri UPN "Veteran" Jawa Timur
JI. Raya Rungkut Madya - Gunung Anyar - Surabaya
Email: dewati.r@gmail.com
ａ｢Ｎｾｴｲ｡ｫ＠
Penelitian ini dilakllkan dengan tlljllan mempelajari killetika reaksi pembuatan kalsium
karhonat (CoCo) dengan proses soda dengan jalan menentllkan tingkat reaksi kimia (orde reaksi)
sel'la menentllkan lajll reaksi kimia dan mempelajari pengart/h peuhah-pellhah proses, $111m dOli
waktu proses. AlaI ulnma pada pelle/ilion ini adalah labu /eher liga yang dilenglulpi magnetic slirrer.
Lart/lan StlSU ka/wr direaksikan dengan lart/lan soda ash dalam labu leher liga, kemtldian diaduk
del/gan kecepalall konstall. Adaplln petlha}mya adalah suml reaks; 60"C, 7ffe, 80"C, I OffC, dan
waklll reaksi 50, 60, 70,80, 90 (menU). Diperoleh CaC03 lerbesar yaitu pada suhu60°C dan waklll
90 menil, dengan kOl1slanla kecepatan reaksi 0,458 menir', harga ellergi pengaklijannya sehesar 193,
-199 cal/mol dan konversi lerlillggi dicapai sebesar 36,9%. Reaksi 101'111011 Co (OH)2 dan lam Ian
Na;zCO,? berlangsllng pada orde satll.
Kata kline; : Kinelika reaksi, proses soda, susu kapllr
Abstract
The aim of Ihis research was to stlldy the reaction kinetics of calcium carbonate (CaCY)))
preparation by soda process by means determinc the chemical reaction order (reaction order) and
determilling the chemical reactioll rate and study the effect of process variables, temperatllre process
time. The major eqllipmellf in this research was a three-neck pask equ.pped with magnetic stirrer.
Lime sO/lltioll was reacted with soda ash solution in the three-neck flask then they were stirred hy
constant rale. While the variables lYere the reaction temperature of 60°C, 70°C, 80°C, 100°C,and the
reactioll time of 50, 60, 70, 8e, 90 (ill minutes). It was obtained Ihe largesl CaCO; namely at 60°C
and in the lime period of 90 mim/les, with reaction rale constanl of 0.458 minule-', its aclivation
energy value was qf 193.499 callmol and the highest conversion was achieved as large as 36.9%.
Reactioll (i Ca(OH) 2 and Na2CO; done look place ill order one.
Keywords: Reaction kinetics, soda process, lime stone
PENDAHULUAN
Indonesia dikenal dengan kekayaan
alamnya yang berlimpah ruah, baik itu dapat
diperbarui· ataupun yang tidak dapat
diperbarui,tetavi yang perlu disayangkan
adalah pemanfaatan kekayaan aJam yang
teratur, terarah dan dengan memperhatikan
masalah lingkungan.
Diantara kekayaan alam itu adalah
batuan marmer yanJ banyak dijumpai di
beberapa tempat di Indonesia, seperti di
daerah Tulungagung, Trenggalek, Ujung pan
Jumali'eknik Kimia Vo1.2,No.2 April 2008
-dang, Bandung dan kota-kota lainnya.
Batuan marmer setelah mengalami prosesproses tertentu hasilnya dapat digunakan
sebagai ubin lantai untuk keperluan arsitektur
dan untuk hiasan rumah tangga serta
kerajinan. Limbah darj batuan marmeT dapat
dimanfaatkan menjadi hahan kimia, salah
satunya adaJah kalsium karbonat.
Kalsium karbonat terbentuk dari hasil
pembakaran marmer pada suhu yang tinggi
hingga terbentuk CaO. Kalsium karbonat
(CaC03) adalah salah satu bahan yang tertua
yang dikenal oleh manusia. Pemakaian dari
kalsium karbonat oleh manusia sudah lama
161
dan
sejalan
dengan
perkembangan
kebudayaan umat. Sejalan pula dengan
perkembangan teknologi modem di jaman
sekarang lUI, pemakaian CaC03' telah
mengalami kemajuan - kemajuan yang sangat
pesat, terutama di bidang-bidung industri.
(Othmer, 1965).
Departemen Perindustria:l membuat
kalsium karbonat dari batu bintang pada
tabun 1981,dan Carlos E. pada tabun 1997
membuat kalsium karbonat dari pasta kalsium
hydroxide Ca (OHh.
Pada penelitian ini akan dibuat
kalsium karbonat dari Iimbah marmer dengan
mereaksikannya dengan soda abu melalui
proses soda.
Dari hasil penelitian diharapkan
diperoleh
data-data
kinetika
reaksi
pembuatan kalsium karbonat dalam tangki
berpengaduk dapat menunjang industri kimia
serta dapat menunjang industri kimia serta
dapat menunjang pengembangan ilmu
pengetahuan.
Secara sederhana proses pembentukan
batu marmer terjadi karena proses dari alam.
Batu marmer yang terbentuk berupa
bongkahan batu yang sangat besar dan
biasanya terdapat pada daerah pegunungan
batu kapur.
Pada awalnya ｰｲｯｳ･ｾ＠
pengolahan batu
marmer hanya melalui proses pemotongan,
namun saat ini proses pengolahan batu
marmer tidak hanya melalui proses
pemotongan, tetapi sudah mulai berkembang
sampai proses pemolesan atau penghalusan
dan finishing.
Saat ini banyak ditemukan kemajuankemajuan dalam teknik pengolahan marmer,
baik itu kemajuan dalam pemaduan corak
marmer, penggunaan wama marmer dalam
membuat hasH kerajinan dari marmer. Selajn
di Indonesia di negara-negara Eropa
kerajinan marmer juga diminati sehingga
memungkinkan untuk menyimpan bahan
baku dari Eropa seperti Turki, Italia, dan
negara Asia seperti Cina. Selain itu batu
marmer import, batu-batu marmer lokal
berasal dari Tulungagung. Trenggalek, Ujung
Pandang, Bandung dan lain-lain.
Diimportnya batu marmer dari negeri
tersebut dikarenakan batu marmer dari luar
negeri memiliki struktur corak yang berbeda
dan kekuatan yang berbeda pula. Selain
alasan tersebut batu marmer yang diimport
dari luar negeri lebih bagus sehingga clapat
dihasilkan kerajinan batu marmer yang lebih
bagus dan inovatif.
Jurnal Teknik Kimia Vo1.2,No.2 April 2008
Batu marmer setelah mengalami
proses-proses tertentu hasilnya dapat
digunakan sebagai ubin lantai untuk
keperluan arsitektur dan untuk hiasan rumah
tangga dan kerajinan. Salah satll jenis batuan
metamorfosa adalah batwm marmer. Proses
metamorfosa ini diakibatkan tckanan dan
panas yang berada jauh di bawah permukaan
bumi. Proses ini yang membuat batu kapur
sangat padat dan keras schingga menjadi batu
marmer atau batu pualam.
Batu
marmer
sangat
banyak
dimanfaatkan untuk dokorasi bangunan, baik
sebagai interior maupun eksterior, sehingga
bangunan
tersebut
mempunyai
nHai
keindahan yang tinggi. Pemanfaatan batu
marmer tersebut diantaranya Lntuk:
a. Tegel mozaik marmer
b. Tegel torazzo marmer
c. Seni ukir dan pahat
Pada penelitian ini memanfaatkan
limbah marmer yang bentuknya berupa
lempengan-lempengan atau berupa butiranbutiran keci\. Limbah mamler ini banyak
ditemukan di depar.. rumah penduduk di
daerah pertambangan marmer Besole,
Tulungagung yang setiap harinya bisa
menghasilkan sampai 0,5 m3 limbah marmer
untuk pengrajin yang berskala besar.
Batuan Manner
Kata marmer berasal dari Bahasa
Yunani "marmoros" yang berarti batu yang
asli atau yang lebih popular disebut batu
pualam. Definisi batu marmer adalah sejenis
batu alam yang tersusun dari satu atau lebih
macam hablur mineral kalsit, dol mit dan
supertin. Semua ini bersatu memadat dan
mampu untuk digosok halus sehingga
mengkilap atau bisa dipoles.
Batu marmer terdapat di beberapa
belahan bumi, yang terbentuk melalui proses
kristalisasi. Proses ini berlangsung alami
puluhan juta tahun (30-60 juta tahun) yang
lalu. Komposisi bahan marmer secara umum
dalam % berat adalah:
1-1,5%
Si02
1%
Fez03 + AI 20 3
= 95 - 97%
CaC03
MgO
1%
Penambangan batu marmer di Jawa
Timur berlokasi di Besole, Tulungagung.
Batu marmer ditambang melalui beberapa
proses, yaitu:
Tahap awal disebut "stripping". yaitu
proses penghilang deposit marmer yang
masih mentah untuk mendapatkan batuan
162
marmer berkualitas baik yang berupa
blok-blok marmer.
Tahap kedua, batuan marmer diolah yang
meliputi
penggergajian
blok-blok
marmer diu bah menjacii lempenganlempengan ､ｩｧｾｲｮ｡＠
dan dipoles hingga
mengkilap.
Batuan marmer disebut juga dengan
kalsium karbonat (CaC03). Kalsium karbonat
ini merupakan padatan putib kristalin Gernih
seperti kristal) semua jenis kalsium karbonat
hampir tidak dapat lamt dalam air mumi
tetapi teljadi penguraian, dengan adanya
karbon dioksida untuk
pembentukan
hydrogen karbonate (bikarbo'1at).
CaC03 + H20 + CO2 ｾｃ｡ＲＫ＠
+ 2HC03'
................. (1)
Kalsium Karbonat
Kalsium karbonat adalah salah satu
bahan yang tertua yang dikenal manusia.
Pemakaian dari kalsium karbonat oleh
manusia sudah lama dan sejalan dengan
perkembangan kebudayaan umat manusia.
Seeara umum masyarakat mengenal
CaC03 hanya sebagai kalsium karbonat berat.
Tetapi sebenamya CaCO) berat dan CaCO)
ringan. Berdasarkan sifat kimianya kedua
jenis CaCO) ini hampir sama, perbedaan
dasar terdapat pada kerapatan ruah (bulk
density),
karbonat
berat
mempunyai
kerapatan ruah I - 1,2 sedangkan karbonat
ringan hanya 0,15 - 0,6. hal ini disebabkan
karbonat berat tetjadi seeara alamiah dan
dikenal di alam sebagai batu kapur atau lime
stone sementara karbonat ringan tetjadi
melalui proses kimia (Artiticial).
Kalsium
karbonat
umumnya
digunakan untuk mendukung p"brik kimia
lainnya. Penggunaannya antara lain sebagai
berikut (Othmer, 1965).
I.
Sebagai bahan pembantu pada industri
pulp, kertas dan industri fartilasi.
2.
Unt.uk refrigeration brine, cheap
drying agent, dust proofing pengendali
es dan food additive.
3.
Digunakan pada industri fungisida.
4.
Digunakall pad a industri tambang
sebagai freeze proofing batu bara dan
gas.
5.
Digunakan untuk campuran beton
untuk meningkatkan kekuatan awal
dan ultimate strength.
Kebutuhan kalsium karbonat sejak
tahun 1983 terus meningkat seiring dengan
perkembangan industri, pemakaiannya antara
lain: industri cal, pipa lJlastik, PVC
Jumal Teknik Kimia Vo1.2,No.2 April 2008
compound, ban, sepatu karet, kosilletik, k"lit
imitasi, pasta gigi dan industri lain.
Berdasarkan data yang ada kebutuhan
kalsium karbonat mencapai 62,967 ton terdiri
dari import dan komoditi dalam negeri.
Sifat-sifat kalsium karbonat (Arthur &
Ross, 1950)
a. Sifat-sifat fisika CaC03 (Calcite)
Mempakan bubuk putih atau kristalkristal transparant.
Tidak berbau dan tidak berasa
Bentuk padatan
Tidak leleh 1339°C
Specific gravity 2,711
b. Sifat-sifat kimia CaCOl (Calcite)
Rumus kimia CaCO)
Berat molekul ] 00,09
Kelarutan dalam air
0,0014 grl100 gr H20 pada 25°C
0,002 grll00 gr H20 pada 100°C
Sifat-sifat bahan Kalsium Hidroksida
(Cn(0H)2 merupakan baso'\ yang agak kuat
dengan seriikit lamt dalam air. Bita ditambah
CO2 akan membentuk CaCO) yang tak dapat
larut. Kalsium hidroksida dapat dibuat
dengan menambahkan air pada padatan
kalsium oksida menu rut reaksi :
CaO + H20 ｾ＠ Ca(OH)2 ................ (2)
Dengan mengeluarkan panas.
Macam-Macam Proses Pembuatan CaCOJ
Pembuatan kalsium karbonat secara
kimiawi, dapat dilakukan melalui berbagai
bahan dan cara, antara lain:
1. Proses soda adalah proses pembentukan
kalsium karbonat dengan mereaksikan
soda abu dan susu kapur (Kobe, 1948).
NB2C0:l + Ca(OHh ｾ＠
CaC0:l + 2 NaOH.
..... " ..... (3)
2.
Mereaksikan susu kapur dengan gas
C02 (Agra dkk, 1971). Reaksi yang
tetjadi:
Ca (OHh + CO2 -> CaC03 + 2H20
3.
Kalsium
klorida,
Ammonium
hidroksida dan gas CO2 (Kirk dan
Othmer, 1980).
Reaksi yang tetjadi:
........... " (4)
CaCh + 2NH40H + CO2
2NRt + H20
->
CaC0 3 +
"" ..... " ........ ". (5)
Proses Soda
Untuk mendapatkan CaO yang diinginkan,
marmer dipanaskan dalam suhu tinggi
(calcining) pada suhu antara 900 - JOOOoC
163
karena pad a suhu tersebut kapur akan
berdisosiasi, menurut persamaan reaksi:
aA + bB
CaC03 + Panas
ｾ＠
CaO + C02 ... (6)
(BPPI, 1981)
Kapur Tohor (CaO) yang terbentuk diproses
lebih lanjut sesuai dengan tujuan.
Bila kapur tohor tersebut ditambah air, akan
tcrhidrasi menjadi kalsium hidroksida,
menurut persamaan reaksi:
CaO + H20 -+ Ca(OH)2 .......... (7)
(Shreve, 1956)
Proses soda adalah pembentukan
kalsium karbonat dengan mereaksikan susu
kapur dengan soda abu.
Reaksi yang terjadi :
Ca (OH)2 + Na2C03
-+
(9)
-rA=k.CA.CB ................................. (10)
Reaksi oi atas adalah orde A terhadap B, jadi
orde total =: (a + b), dimlina k sebagai
konstanta
kecepatan
reaksi.
Apabi/a
mekanisme reaksi tidak diketahll;, harlls
mencoba dengan data-data percobaan paJa
persamaan kecepatan reaksi lIntuk orde-orde
sebagai berikut:
a.
Reaksi orde satu
Persamaan reaksi:
dC A
-rA= - - =k. CA .................... (11)
dt
.......... (8)
Jurnal Teknik Kimia Vo1.2,No.2 April 2008
cC + dD...................
Persamaan laju reaksi di atas dapat ditulis:.
CaC03 + 2NaOH
Pada penelitian terdahulu (Sudjarno)
kalsium karbonat dapat dibuat dari hasil
samping industri pupuk ZA Penelitian
limbah pup uk ZA ini dilaksanakan analisa uji
hasil pembakaran dari percobaan yang
dilakukan, maksud ana lisa ini adalah untuK
mengetahui komposisi yang tericandung
dalam hasil percobaan tersebut, yang
kemudian dari hasil uji analisa ini dicari jenis
limbah ZA yang menghasilkan kadar CaO
terbesar, sehingga dapat digunakan untuk
bahan pembuatan karbonat (CaCO). Kalsium
kat bonat dapat juga dibuat dari Iimbah
industri marmer dengan variabel yang
berbeda pula, antara lain variabel tetap
(volume susu kapur dan putaran pengadukan)
dan variabel yang dijalankan (waktu, suhu
dan perbandingan mol), sehingga nanti
diharapkan adanya peningkatan dalam
pemanfaatan limbah industri marmer menjadi
k&lsium karbonat Ｈｃ｡ｯｾＩ＠
apabiJa digunakan
variabel-variabel tersebut. Selain itu limbah
marmer dapat juga dimanfaatkan untuk
(Agus
pembuatan
marmer
sintetis.
Wahyudiono, 2002).
Kinetika reaksi merupakan ilmu yang
mempelajari kecepatan atau laju reaksi kimia
juga faktor-faktor yang mempengaruhinya.
Pada penelitian kinetika reaksi
pembulltan CaC03 dari marmer bertujuan
untuk menentukan tingkat reaksi (orde
reaksi), konstanta /aju reaksi.
Sedangkan laju reaksi adalah suatu
laju perubahan konsentrasi pereaksi terhadap
waktu (-dc/dt). Reaksi pada proses soda
adalah:
-+
dC
--A
- =k. dt ........................... (12)
CA
C
A dC A
t
= k. Jdl ................ (13)
CA
0
C
- f "AO
- (In CA + In CAO) = k.t ............... (14)
C
- I nA- = kt ............................ (IS)
CAO
Dengan CA= CAO (1 - X.0, maka
- In
CA(l-XA)
CAO
= kt ..................
(16)
Didapat persamaan:
-In (1 - XA )
=
k t ........ ............ ..... (17)
Plot antara -In(I-XA) vs t merupakan
garis lurus, maka reaksi adalah reaksi
orde satu dengan harga k sebagai slopenya.
b.
Reaksi Orde Dua
Persamaan reaksi:
-dC
A
-rA = - -
dt
dC A
- --2
CA
= k. CA2 ................
2
'.
(I 8)
2
= k. c,\ - k. CAO 0 - X A) .(19)
164
Rangkaian Alat
Persamaan yang didapat
C ａｾＭ
1
x
XA
(1 _ X A) = k . t.. .......
Plot antara
X
A
l-XA
(21)
versus t merupakan
garis lurus, m.lka reaksinva adalah reaksi
orde dua dengan slope = k. CAo.
Faktor-Faktor yang Berpengaruh pada
Proses Soda
Faktor-taktor yang berpengaruh pada
kecepatan reaksi pembentukan kalsium
karbonat dengan proses soda antara lain:
I. Waktu
Pada reaksi: A + B --+ C + D, dengan
waktu reaksi ya'lg semakin lama, maka
jumlah mol A semakin berkurang shg
kecepatan reaksi berkurangnya A
semakin keci!. Sebaliknya jumlah C yang
terbentuk bertambah dan kecepatan
'reaksi
pembentukan
C
semakin
bertambah.
2. Suhu
Apabila suhu dinaikan maka kecepatan
reaksi makin bertambah cepat pula, yang
mana hal ini sesuai dengan rumus
Arrhenius.
k = ko . e .E.:RT.............................. (22)
-E
In k = R . T + In ko ...................... (23)
3.
kecepatan ieaksi (k)
Dimana ｫｯｮｳｾ｡ｴ＠
sebanding dengan suhu shg apabila k
bertambah besar maka kerepatan reaksi
juga bertambah besar.
Konsentrasi larutan
Terdapat sualu hubungan yg sederhana
antara kecepatan reaksi & konsentrasi.
Semakin tinggi konsentrasi larutan
semakin cepat laju reaksinya begitu juga
sebaliknya.
METODE PENELITIAN
Gambar 1. Susunan peralatan
Keterangan gambar:
1. Labu leher tiga 4. Thermometer
2. Pengaduk
5. Kondensor
6. Statip
3. Water Batch
Varinbel yang ditetapkan
I. Volume Ca(OH)2, kadar
=250 mI, 25%
2. Pengadukan
= 250 rpm
Varia bel yang diialankan
l. Suhu pemanasan (oc)
60 ; 70 ; 80 ; 90 ; 100
2. Waktu proses (menit)
50 . 60 . 70 . 80 . 90
3. Perbanding;n ｭｾｴ＠
antara Ca(OH)2 dan
Na2 C03
1 : 1 ; 1 ; 1,5 ; 1 : 2 ; 1 : 2,5 ; 1 : 3
Prosedur Penelitian
1. Marmer dihancurkan sampai halus
kemudian dikalsinasi dengan suhu ±
1000"C selama 1 jam dalam furnance.
2. Setelah itu tambahkan air dan diamkan
selama 24 jam untuk pembuatan susu
kapur.
3. Kemudian susu kapur diambil sebanyak
250 ml dan tambahkan soda abu sesuai
variabe!.
4. Peralatan disiapkan dan masukkan
dalam labu leher tiga.
5. Panaskan dan pengaduk dinyalakan.
Pemanasan dan pengadukan sesuai
dengan variabel yang dijalankan.
6. Setelah itu diamkan dan pisahkan,
padatannya adalah kalsium karbonat
sedangkan filtratnya adalah NaOH.
nahan Yang Digunakan
Marmer
Na2C03 (Natrium Karbonat)
Aquadest
Jumal Teknik Kimia VoI.2,No.2 April 2008
165
HASIL DAN PEMBAHASAN
HasH Penelitian
Untuk Mendapatkan CaC03 dari
limbah marmer dilakukan percobaan dengan
memvariasikan peubah yang ditunjukkan
dalam tabel di bawah ini:
Tabel I. Hasil analisa CaC03 pada berbagai
perbandingan mol dan variasi suhu
serta waktu reaksi.
Suhu Waktu
('C) (Manit) Ｍ［ｐＺ･ｲ｢｡ｮＷ､ｩｧ］Ｇｭｯｉｾｃ＠
60
70
80
90
100
50
60
70
80
90
50
60
70
80
90
50
60
70
80
90
50
60
70
80
90
50
60
70
80
90
100
1: 1,5
46,680
44,736
43,752
42,792
42,250
51,480
47,160
45,696
44,256
43,590
48,144
47,160
45,744
44,890
43,760
48,624
47,640
46,680
46,296
45,970
49,271
47,543
45,769
45,070
44,882
1: 2
44,736
43,752
40,344
38,904
37,996
45,696
43,752
41,808
39,864
39,235
46,680
45,625
43,820
41,880
41,270
47,640
46,176
44,256
43,272
42,340
48,895
47,566
46,583
44,610
44,090
1 : 2,5
44,244
42,288
39,384
37,440
37,030
45,216
43,752
41,808
39,864
38,764
45,640
44,480
12,450
41,352
40,690
47,160
45,969
43,752
42,288
40,542
46,452
44,619
42,945
42,210
41,592
1:3
43,638
40,969
38,420
37,756
37,210
44,560
43,150
40,765
39,598
37,667
45,300
43,980
41,670
40,370
36,620
46,921
44,537
43,342
41,050
39,no
44,712
42,374
41,742
39,617
39,250
Tabel 2. Hasil analisa ｃ｡ｾ＠
waktu reaksi
Ca(OHh dan ｎ｡Ｒｃｾ＠
dengan suhu dan
Perbandingan mol
0,255
0,172
0,189
0,205
0,212
0,217
0,161
0,191
0,221
0,233
0,236
0.297
0,189
0,214
0,247
0,263
0,279
0,168
0,190
0,207
0,241
0,249
0,307
0,197
0,222
0,255
0,280
0,310
0,209
0,240
0,269
0,281
0,292
0,343
0,201
0,241
0,262
0,301
0,323
0,239
0,279
0,289
0,326
0,332
'OA \
0.15 I
0.1 !
tr O.1S
1
!
....... 1:3
0.1
_1:1,0
O.IS
-r-l:1.S
0.1
-1:1,0
o.os
-1:l,S
10
40
60
80
100
W_I .......
Gambar 2. Hubungan waktu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
perbandingan mol Ca(OH)2 dan
Na2C03 pada suhu 60°C
0.4
0.3$ :
i
0.1
O.1S .
1ｯｾ［Ｚ＠
.......1:3
ｾｬＺＬｏ＠
i
•......... 1:1,5
0.1 :
-1:1,0
O.OS :
-1:1,5
o
Basil Perhitungan Konversi CaCOJ
Pengaruh waktu reaksi konversi
pembentukan CaCOJ pada tabel 2 dan grafik
di bawah ini:
.
0,199
0.131
0,139
0,147
0,164
0,168
0,094
0,125
0,132
0,143
0,153
Grafik Pengaruh Waktu Reaksi:
Serat CaC03 (Gram)
7.:(O?-:::H:;'::nｾ､｡ｌＭｮ＠
77"""=O=-=-3
NB2C
1: 1
49,104
48,144
47,640
48,176
46,010
50,088
49,584
48,624
48,144
47,695
50,568
50,080
48,440
47,980
47,050
51,048
50,568
50,088
49,104
48,870
53,251
51,372
50,982
50,321
49,765
90
50
60
70
80
90
50
60
70
80
90
90
l_
Gambar3. Hubungan waktu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
perbandingan mol Ca(OH1 dan
Na2C03 pada suhu 70°C
0.4
Suhu Waktu Ｍ［Ｚｾ］ｂ･Ｎｲ｡ｴＬｃＷｏＳＨｇｭ＼Ｉ
(oC) (Manit) Peroandingan mol Ca (OHn dAn NIl2C03
Ｎｾ＠ __ｾＱＺＬＵＭＫＲＷﾱＳ＠
60
70
60
50
60
70
80
90
50
60
70
80
90
50
60
70
80
0,164 0,205
0,180 0,238
0,189 0,255
0,214 0,272
0,217 0,281
0,147 0,124
0,156 0,197
0,172 0,222
0,181 0,247
0,188 0,256
0,139 0,181
0,148 0,197
0,175 0,220
0,183 0,236
0,238
0,255
0,313
0,338
0,353
0,222
0,255
0,313
0,338
0,353
0,205
0,223
0,254
0,287
0,247
0,280
0,329
0,363
0,369
0,230
0,255
0,288
0,321
0,340
0,219
0,243
0,277
0,296
0,257
0,303
0,346
0,357
0,367
0,240
0,265
0,306
0,326
0,359
0,229
0,251
0,290
0,313
Jurnal Teknik Kimia Vo1.2,No.2 April 2008
us
0.1
il
us
!
us
-'-1:1.5
0.1
-1:1.0
O.os
-I:I,S
1
0.1
Gambar 4. Hubungan waktu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
perbandingan mol Ca(OHh dan
Na2C03 pada suhu 80°C
166
us
US
0.1
0.3
O.IS
o.n
2
)
-+-1:3
0.1
__ U.D
i
)
O.IS
-r-l:1.S
0.1 .
-1'2.0
-I,U
O.OS
...... 1:1.0
O.IS
ｾＱＺＮｳ＠
0.1
-+-1:)
OJ
-1,2.0
o.os
--I,l,S
o '
o
o
20
10
00
60
10
100
120
_loCI
Gambar 5. Hubungan waktu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
per')andingan mol Ca(OH)2 dan
Na2C03 pada suhu 90°C
Gambar 8. Hubungan suhu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
perbandingan mol Ca(OHh dan
Na2C03 pada waktu reaksi 60
menit.
O.IS
0.1
iJ
J
us .
0.4
ｾｬＺｊ＠
0.2 '
us
_1,1.0
O.IS ;
__ 1:1,5
0.1
-1:1.0
o.os ii
-1,2.S
o'
o
1
U
i
O.IS
Jｏｾｉ＠
...... 1:1
_1,1.0
0.1
-+-I,U
I
o.os I
o
o
-1,2.D
-1,2.S
I
Gambar 6. Hubungan waktu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
perband:ngan mol Ca(OHh dan
Na2CO, pada suhu 100°C
Dari gambnr 2 - 6 di atas dapat
disimpulkan bahwa semakin tinggi waktu
reaksi pada berbagai perbandingan mol maka
semakin tinggi pula konversi yang didapatkan.
Hal ini disrbabkan karena kontak antara
reaktan semakin sempurna sehingga produk
yang dil.asilkan semakin besar. Dari semua
grafik di atas kondisi terbaik dicapai pada
waktu reaksi 90menit dan perbandingan mol 1
: 3 kecuali pada suhu 60°C kondisi terbaik
dicapai pada perbandingan moll: 2,5.
20
J
___ 1:)
0.2 ,
_1:1.0
O.IS '
__ I:U
0.1 ,
-1:2.0
O.OS
10
100
120
u
us .
i
U'
OlS :
Jｏｾｉ＠
-4-1:)
_u.o
......... 1:1.5
0.1
-1:2.0
O.OS
--u.s
20
0.2S
(0
Gambar 9. Hubungan ruhu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
perbandingan mol Ct(OHh dan
Na1C03 pad a waktu reaksi 70
menit.
"
______________ｾ｟＠
0.1
It
"
(0
10
100
120
_________._ . '. . . I
Gambar 10. Hubungan suhu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
perbandingan mol Ca(OH)2 dan
Na2C03 pada waktu reak ,i 80
menit
-1:loS
o •
20
00
60
10
100
110
-loCI
Gambar 7. Hubungan suhu reaksi terhadap'
konvcrsi
untuk
berbagai
perbandingan mol Ca(OHhdan
Na2C03 pada waktu reaksi 50
menit.
Jurnal Teknik Kimia Vo1.2,No.2 Apri12008
167
........
eo:
70
80
90
50
60
70
80
90
50
60
70
80
90
0.4
ｾ＠
ｾ＠
OJ!
i
0.3
1
0.25
J
OJ
0.15
0.1
90
-1:3
_1:1.0
...... ｉＺＮｾ＠
-1:2.0
0.05
100
-1:2,5
o .- -.-- ----... ---..-------..--------.-.. -
o
20
40
60
80
100
120
WluloC)
Gambar 11.
Hubungan suhu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
perbandingan. mol Ca(OHh
dan NazCO) pada waktu
reaksi 90 menit.
- Ln (1 - XA) = k . t
Dimana:
=
XA
t
k
Konversi
Waktu reaksi, Menit
Tetapan Jaju reaksi, menif1
Apabila diplotkan antara -Ln (1 - XA) terhadap t
waktu merupakan garis lurus, maka persamaan
garis Jurus tersebut adalah orde satu dimana k
merupakan harga slope.
Tabel3. Hasil analisa CaC03 dengan suhu dan
waktu reaksi Perbandingan mol
Ca(OH)z dan Na2C03
Suhu (OC)
60
Waktu
(Manit)
50
60
70
80
90
70
80
50
60
70
80
90
50
60
XII
·Ln (1 - XII)
0.247
0.280
0.329
0.363
0.369
0.230
0.255
0.288
0,321
0.340
0.219
0,243
0.284
0.329
0.399
0.451
0.460
0.261
0.294
0.339
0,387
0,416
0.247
0,278
Jurnal Teknik Kimia Vo1.2,No.2 April 2008
0.324
0.351
0.367
0,219
0.251
0,2&4
0.329
0,371
0.234
0.274
0.313
0.329' ,
0.345
"I
0.6
0.5
Dari gambar 7 - I I di atas dapat dj,impulkan
bahwa semakin tinggi suhu reaksi pada
berbagai perbandingan mol maka konversi
yang diperoleh. semakin rendah. Hal ini
disebabkan reaksi mengarah pada orde sam.
Konstanta Laju Reaksi dan Orde Reaksi
Penentuan orde dan laju reaksi
mengarah pada orde satu dapat dilihat pada
persamaan:
0.277
0,296
0,307
0,197
0.222
0,255
0.280
0,310
0.209
0.240
0.269
0,281
0.292
ｾ＠
.900(
I
.'-00(
,600(
·700(
0.1
800(
20
80
100
Gambar 12. Hubungan antara waktu dan -Ln
(l - XA) pada berbagai suhu Wltuk
perbandingan moll :2,5
Pada suhu 60°C sampai suhu 100°C
dengan waktu reaksi yang semakin lama akari
memperbesar hasil konversi. Hubungan
antara waktu dan - In (1 - XA) menunjukkan
garis Iinier, maka reaksi pembentukan
CaC03 mengarah pada reaksi orde satu.
Dimana harga k pada suhu 60°C sebesar
0,0055, pada suhu 70°C sebesar 0,0048
pada suhu 80°C sebesar 0,0044, pada suhu
90°C sebesar 0,0042, pada suhu 100°C
sebesar 0,0042, dengan waktLJ yang semakin
lama akan mengkonstankan hasil konversi
karen a reaktan sudah mulai jenuh.
Pembuatan CaC03 dari limbah
marmer dan NaC03 merupakan reaksi orde
satu. ApabiJa k yang diperoleh dibuat
hubungan antara -Lnl: dengan liT maka
diperold, hubungan garis lurus.
K
Ko. e·FJRT
LnK
--+1.n Ko
E
RT
Dimana persamaan di atas apabila
dihubungkan antara Ln K dengan Iff c:kan
diperoleh E/R sebagai slope dan Ln Ko
sebagai interceptnya.
168
DARI LIMBAH MARMER DENGAN
NA TRIUM KARBONAT
Retno Dewati
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri UPN "Veteran" Jawa Timur
JI. Raya Rungkut Madya - Gunung Anyar - Surabaya
Email: dewati.r@gmail.com
ａ｢Ｎｾｴｲ｡ｫ＠
Penelitian ini dilakllkan dengan tlljllan mempelajari killetika reaksi pembuatan kalsium
karhonat (CoCo) dengan proses soda dengan jalan menentllkan tingkat reaksi kimia (orde reaksi)
sel'la menentllkan lajll reaksi kimia dan mempelajari pengart/h peuhah-pellhah proses, $111m dOli
waktu proses. AlaI ulnma pada pelle/ilion ini adalah labu /eher liga yang dilenglulpi magnetic slirrer.
Lart/lan StlSU ka/wr direaksikan dengan lart/lan soda ash dalam labu leher liga, kemtldian diaduk
del/gan kecepalall konstall. Adaplln petlha}mya adalah suml reaks; 60"C, 7ffe, 80"C, I OffC, dan
waklll reaksi 50, 60, 70,80, 90 (menU). Diperoleh CaC03 lerbesar yaitu pada suhu60°C dan waklll
90 menil, dengan kOl1slanla kecepatan reaksi 0,458 menir', harga ellergi pengaklijannya sehesar 193,
-199 cal/mol dan konversi lerlillggi dicapai sebesar 36,9%. Reaksi 101'111011 Co (OH)2 dan lam Ian
Na;zCO,? berlangsllng pada orde satll.
Kata kline; : Kinelika reaksi, proses soda, susu kapllr
Abstract
The aim of Ihis research was to stlldy the reaction kinetics of calcium carbonate (CaCY)))
preparation by soda process by means determinc the chemical reaction order (reaction order) and
determilling the chemical reactioll rate and study the effect of process variables, temperatllre process
time. The major eqllipmellf in this research was a three-neck pask equ.pped with magnetic stirrer.
Lime sO/lltioll was reacted with soda ash solution in the three-neck flask then they were stirred hy
constant rale. While the variables lYere the reaction temperature of 60°C, 70°C, 80°C, 100°C,and the
reactioll time of 50, 60, 70, 8e, 90 (ill minutes). It was obtained Ihe largesl CaCO; namely at 60°C
and in the lime period of 90 mim/les, with reaction rale constanl of 0.458 minule-', its aclivation
energy value was qf 193.499 callmol and the highest conversion was achieved as large as 36.9%.
Reactioll (i Ca(OH) 2 and Na2CO; done look place ill order one.
Keywords: Reaction kinetics, soda process, lime stone
PENDAHULUAN
Indonesia dikenal dengan kekayaan
alamnya yang berlimpah ruah, baik itu dapat
diperbarui· ataupun yang tidak dapat
diperbarui,tetavi yang perlu disayangkan
adalah pemanfaatan kekayaan aJam yang
teratur, terarah dan dengan memperhatikan
masalah lingkungan.
Diantara kekayaan alam itu adalah
batuan marmer yanJ banyak dijumpai di
beberapa tempat di Indonesia, seperti di
daerah Tulungagung, Trenggalek, Ujung pan
Jumali'eknik Kimia Vo1.2,No.2 April 2008
-dang, Bandung dan kota-kota lainnya.
Batuan marmer setelah mengalami prosesproses tertentu hasilnya dapat digunakan
sebagai ubin lantai untuk keperluan arsitektur
dan untuk hiasan rumah tangga serta
kerajinan. Limbah darj batuan marmeT dapat
dimanfaatkan menjadi hahan kimia, salah
satunya adaJah kalsium karbonat.
Kalsium karbonat terbentuk dari hasil
pembakaran marmer pada suhu yang tinggi
hingga terbentuk CaO. Kalsium karbonat
(CaC03) adalah salah satu bahan yang tertua
yang dikenal oleh manusia. Pemakaian dari
kalsium karbonat oleh manusia sudah lama
161
dan
sejalan
dengan
perkembangan
kebudayaan umat. Sejalan pula dengan
perkembangan teknologi modem di jaman
sekarang lUI, pemakaian CaC03' telah
mengalami kemajuan - kemajuan yang sangat
pesat, terutama di bidang-bidung industri.
(Othmer, 1965).
Departemen Perindustria:l membuat
kalsium karbonat dari batu bintang pada
tabun 1981,dan Carlos E. pada tabun 1997
membuat kalsium karbonat dari pasta kalsium
hydroxide Ca (OHh.
Pada penelitian ini akan dibuat
kalsium karbonat dari Iimbah marmer dengan
mereaksikannya dengan soda abu melalui
proses soda.
Dari hasil penelitian diharapkan
diperoleh
data-data
kinetika
reaksi
pembuatan kalsium karbonat dalam tangki
berpengaduk dapat menunjang industri kimia
serta dapat menunjang industri kimia serta
dapat menunjang pengembangan ilmu
pengetahuan.
Secara sederhana proses pembentukan
batu marmer terjadi karena proses dari alam.
Batu marmer yang terbentuk berupa
bongkahan batu yang sangat besar dan
biasanya terdapat pada daerah pegunungan
batu kapur.
Pada awalnya ｰｲｯｳ･ｾ＠
pengolahan batu
marmer hanya melalui proses pemotongan,
namun saat ini proses pengolahan batu
marmer tidak hanya melalui proses
pemotongan, tetapi sudah mulai berkembang
sampai proses pemolesan atau penghalusan
dan finishing.
Saat ini banyak ditemukan kemajuankemajuan dalam teknik pengolahan marmer,
baik itu kemajuan dalam pemaduan corak
marmer, penggunaan wama marmer dalam
membuat hasH kerajinan dari marmer. Selajn
di Indonesia di negara-negara Eropa
kerajinan marmer juga diminati sehingga
memungkinkan untuk menyimpan bahan
baku dari Eropa seperti Turki, Italia, dan
negara Asia seperti Cina. Selain itu batu
marmer import, batu-batu marmer lokal
berasal dari Tulungagung. Trenggalek, Ujung
Pandang, Bandung dan lain-lain.
Diimportnya batu marmer dari negeri
tersebut dikarenakan batu marmer dari luar
negeri memiliki struktur corak yang berbeda
dan kekuatan yang berbeda pula. Selain
alasan tersebut batu marmer yang diimport
dari luar negeri lebih bagus sehingga clapat
dihasilkan kerajinan batu marmer yang lebih
bagus dan inovatif.
Jurnal Teknik Kimia Vo1.2,No.2 April 2008
Batu marmer setelah mengalami
proses-proses tertentu hasilnya dapat
digunakan sebagai ubin lantai untuk
keperluan arsitektur dan untuk hiasan rumah
tangga dan kerajinan. Salah satll jenis batuan
metamorfosa adalah batwm marmer. Proses
metamorfosa ini diakibatkan tckanan dan
panas yang berada jauh di bawah permukaan
bumi. Proses ini yang membuat batu kapur
sangat padat dan keras schingga menjadi batu
marmer atau batu pualam.
Batu
marmer
sangat
banyak
dimanfaatkan untuk dokorasi bangunan, baik
sebagai interior maupun eksterior, sehingga
bangunan
tersebut
mempunyai
nHai
keindahan yang tinggi. Pemanfaatan batu
marmer tersebut diantaranya Lntuk:
a. Tegel mozaik marmer
b. Tegel torazzo marmer
c. Seni ukir dan pahat
Pada penelitian ini memanfaatkan
limbah marmer yang bentuknya berupa
lempengan-lempengan atau berupa butiranbutiran keci\. Limbah mamler ini banyak
ditemukan di depar.. rumah penduduk di
daerah pertambangan marmer Besole,
Tulungagung yang setiap harinya bisa
menghasilkan sampai 0,5 m3 limbah marmer
untuk pengrajin yang berskala besar.
Batuan Manner
Kata marmer berasal dari Bahasa
Yunani "marmoros" yang berarti batu yang
asli atau yang lebih popular disebut batu
pualam. Definisi batu marmer adalah sejenis
batu alam yang tersusun dari satu atau lebih
macam hablur mineral kalsit, dol mit dan
supertin. Semua ini bersatu memadat dan
mampu untuk digosok halus sehingga
mengkilap atau bisa dipoles.
Batu marmer terdapat di beberapa
belahan bumi, yang terbentuk melalui proses
kristalisasi. Proses ini berlangsung alami
puluhan juta tahun (30-60 juta tahun) yang
lalu. Komposisi bahan marmer secara umum
dalam % berat adalah:
1-1,5%
Si02
1%
Fez03 + AI 20 3
= 95 - 97%
CaC03
MgO
1%
Penambangan batu marmer di Jawa
Timur berlokasi di Besole, Tulungagung.
Batu marmer ditambang melalui beberapa
proses, yaitu:
Tahap awal disebut "stripping". yaitu
proses penghilang deposit marmer yang
masih mentah untuk mendapatkan batuan
162
marmer berkualitas baik yang berupa
blok-blok marmer.
Tahap kedua, batuan marmer diolah yang
meliputi
penggergajian
blok-blok
marmer diu bah menjacii lempenganlempengan ､ｩｧｾｲｮ｡＠
dan dipoles hingga
mengkilap.
Batuan marmer disebut juga dengan
kalsium karbonat (CaC03). Kalsium karbonat
ini merupakan padatan putib kristalin Gernih
seperti kristal) semua jenis kalsium karbonat
hampir tidak dapat lamt dalam air mumi
tetapi teljadi penguraian, dengan adanya
karbon dioksida untuk
pembentukan
hydrogen karbonate (bikarbo'1at).
CaC03 + H20 + CO2 ｾｃ｡ＲＫ＠
+ 2HC03'
................. (1)
Kalsium Karbonat
Kalsium karbonat adalah salah satu
bahan yang tertua yang dikenal manusia.
Pemakaian dari kalsium karbonat oleh
manusia sudah lama dan sejalan dengan
perkembangan kebudayaan umat manusia.
Seeara umum masyarakat mengenal
CaC03 hanya sebagai kalsium karbonat berat.
Tetapi sebenamya CaCO) berat dan CaCO)
ringan. Berdasarkan sifat kimianya kedua
jenis CaCO) ini hampir sama, perbedaan
dasar terdapat pada kerapatan ruah (bulk
density),
karbonat
berat
mempunyai
kerapatan ruah I - 1,2 sedangkan karbonat
ringan hanya 0,15 - 0,6. hal ini disebabkan
karbonat berat tetjadi seeara alamiah dan
dikenal di alam sebagai batu kapur atau lime
stone sementara karbonat ringan tetjadi
melalui proses kimia (Artiticial).
Kalsium
karbonat
umumnya
digunakan untuk mendukung p"brik kimia
lainnya. Penggunaannya antara lain sebagai
berikut (Othmer, 1965).
I.
Sebagai bahan pembantu pada industri
pulp, kertas dan industri fartilasi.
2.
Unt.uk refrigeration brine, cheap
drying agent, dust proofing pengendali
es dan food additive.
3.
Digunakan pada industri fungisida.
4.
Digunakall pad a industri tambang
sebagai freeze proofing batu bara dan
gas.
5.
Digunakan untuk campuran beton
untuk meningkatkan kekuatan awal
dan ultimate strength.
Kebutuhan kalsium karbonat sejak
tahun 1983 terus meningkat seiring dengan
perkembangan industri, pemakaiannya antara
lain: industri cal, pipa lJlastik, PVC
Jumal Teknik Kimia Vo1.2,No.2 April 2008
compound, ban, sepatu karet, kosilletik, k"lit
imitasi, pasta gigi dan industri lain.
Berdasarkan data yang ada kebutuhan
kalsium karbonat mencapai 62,967 ton terdiri
dari import dan komoditi dalam negeri.
Sifat-sifat kalsium karbonat (Arthur &
Ross, 1950)
a. Sifat-sifat fisika CaC03 (Calcite)
Mempakan bubuk putih atau kristalkristal transparant.
Tidak berbau dan tidak berasa
Bentuk padatan
Tidak leleh 1339°C
Specific gravity 2,711
b. Sifat-sifat kimia CaCOl (Calcite)
Rumus kimia CaCO)
Berat molekul ] 00,09
Kelarutan dalam air
0,0014 grl100 gr H20 pada 25°C
0,002 grll00 gr H20 pada 100°C
Sifat-sifat bahan Kalsium Hidroksida
(Cn(0H)2 merupakan baso'\ yang agak kuat
dengan seriikit lamt dalam air. Bita ditambah
CO2 akan membentuk CaCO) yang tak dapat
larut. Kalsium hidroksida dapat dibuat
dengan menambahkan air pada padatan
kalsium oksida menu rut reaksi :
CaO + H20 ｾ＠ Ca(OH)2 ................ (2)
Dengan mengeluarkan panas.
Macam-Macam Proses Pembuatan CaCOJ
Pembuatan kalsium karbonat secara
kimiawi, dapat dilakukan melalui berbagai
bahan dan cara, antara lain:
1. Proses soda adalah proses pembentukan
kalsium karbonat dengan mereaksikan
soda abu dan susu kapur (Kobe, 1948).
NB2C0:l + Ca(OHh ｾ＠
CaC0:l + 2 NaOH.
..... " ..... (3)
2.
Mereaksikan susu kapur dengan gas
C02 (Agra dkk, 1971). Reaksi yang
tetjadi:
Ca (OHh + CO2 -> CaC03 + 2H20
3.
Kalsium
klorida,
Ammonium
hidroksida dan gas CO2 (Kirk dan
Othmer, 1980).
Reaksi yang tetjadi:
........... " (4)
CaCh + 2NH40H + CO2
2NRt + H20
->
CaC0 3 +
"" ..... " ........ ". (5)
Proses Soda
Untuk mendapatkan CaO yang diinginkan,
marmer dipanaskan dalam suhu tinggi
(calcining) pada suhu antara 900 - JOOOoC
163
karena pad a suhu tersebut kapur akan
berdisosiasi, menurut persamaan reaksi:
aA + bB
CaC03 + Panas
ｾ＠
CaO + C02 ... (6)
(BPPI, 1981)
Kapur Tohor (CaO) yang terbentuk diproses
lebih lanjut sesuai dengan tujuan.
Bila kapur tohor tersebut ditambah air, akan
tcrhidrasi menjadi kalsium hidroksida,
menurut persamaan reaksi:
CaO + H20 -+ Ca(OH)2 .......... (7)
(Shreve, 1956)
Proses soda adalah pembentukan
kalsium karbonat dengan mereaksikan susu
kapur dengan soda abu.
Reaksi yang terjadi :
Ca (OH)2 + Na2C03
-+
(9)
-rA=k.CA.CB ................................. (10)
Reaksi oi atas adalah orde A terhadap B, jadi
orde total =: (a + b), dimlina k sebagai
konstanta
kecepatan
reaksi.
Apabi/a
mekanisme reaksi tidak diketahll;, harlls
mencoba dengan data-data percobaan paJa
persamaan kecepatan reaksi lIntuk orde-orde
sebagai berikut:
a.
Reaksi orde satu
Persamaan reaksi:
dC A
-rA= - - =k. CA .................... (11)
dt
.......... (8)
Jurnal Teknik Kimia Vo1.2,No.2 April 2008
cC + dD...................
Persamaan laju reaksi di atas dapat ditulis:.
CaC03 + 2NaOH
Pada penelitian terdahulu (Sudjarno)
kalsium karbonat dapat dibuat dari hasil
samping industri pupuk ZA Penelitian
limbah pup uk ZA ini dilaksanakan analisa uji
hasil pembakaran dari percobaan yang
dilakukan, maksud ana lisa ini adalah untuK
mengetahui komposisi yang tericandung
dalam hasil percobaan tersebut, yang
kemudian dari hasil uji analisa ini dicari jenis
limbah ZA yang menghasilkan kadar CaO
terbesar, sehingga dapat digunakan untuk
bahan pembuatan karbonat (CaCO). Kalsium
kat bonat dapat juga dibuat dari Iimbah
industri marmer dengan variabel yang
berbeda pula, antara lain variabel tetap
(volume susu kapur dan putaran pengadukan)
dan variabel yang dijalankan (waktu, suhu
dan perbandingan mol), sehingga nanti
diharapkan adanya peningkatan dalam
pemanfaatan limbah industri marmer menjadi
k&lsium karbonat Ｈｃ｡ｯｾＩ＠
apabiJa digunakan
variabel-variabel tersebut. Selain itu limbah
marmer dapat juga dimanfaatkan untuk
(Agus
pembuatan
marmer
sintetis.
Wahyudiono, 2002).
Kinetika reaksi merupakan ilmu yang
mempelajari kecepatan atau laju reaksi kimia
juga faktor-faktor yang mempengaruhinya.
Pada penelitian kinetika reaksi
pembulltan CaC03 dari marmer bertujuan
untuk menentukan tingkat reaksi (orde
reaksi), konstanta /aju reaksi.
Sedangkan laju reaksi adalah suatu
laju perubahan konsentrasi pereaksi terhadap
waktu (-dc/dt). Reaksi pada proses soda
adalah:
-+
dC
--A
- =k. dt ........................... (12)
CA
C
A dC A
t
= k. Jdl ................ (13)
CA
0
C
- f "AO
- (In CA + In CAO) = k.t ............... (14)
C
- I nA- = kt ............................ (IS)
CAO
Dengan CA= CAO (1 - X.0, maka
- In
CA(l-XA)
CAO
= kt ..................
(16)
Didapat persamaan:
-In (1 - XA )
=
k t ........ ............ ..... (17)
Plot antara -In(I-XA) vs t merupakan
garis lurus, maka reaksi adalah reaksi
orde satu dengan harga k sebagai slopenya.
b.
Reaksi Orde Dua
Persamaan reaksi:
-dC
A
-rA = - -
dt
dC A
- --2
CA
= k. CA2 ................
2
'.
(I 8)
2
= k. c,\ - k. CAO 0 - X A) .(19)
164
Rangkaian Alat
Persamaan yang didapat
C ａｾＭ
1
x
XA
(1 _ X A) = k . t.. .......
Plot antara
X
A
l-XA
(21)
versus t merupakan
garis lurus, m.lka reaksinva adalah reaksi
orde dua dengan slope = k. CAo.
Faktor-Faktor yang Berpengaruh pada
Proses Soda
Faktor-taktor yang berpengaruh pada
kecepatan reaksi pembentukan kalsium
karbonat dengan proses soda antara lain:
I. Waktu
Pada reaksi: A + B --+ C + D, dengan
waktu reaksi ya'lg semakin lama, maka
jumlah mol A semakin berkurang shg
kecepatan reaksi berkurangnya A
semakin keci!. Sebaliknya jumlah C yang
terbentuk bertambah dan kecepatan
'reaksi
pembentukan
C
semakin
bertambah.
2. Suhu
Apabila suhu dinaikan maka kecepatan
reaksi makin bertambah cepat pula, yang
mana hal ini sesuai dengan rumus
Arrhenius.
k = ko . e .E.:RT.............................. (22)
-E
In k = R . T + In ko ...................... (23)
3.
kecepatan ieaksi (k)
Dimana ｫｯｮｳｾ｡ｴ＠
sebanding dengan suhu shg apabila k
bertambah besar maka kerepatan reaksi
juga bertambah besar.
Konsentrasi larutan
Terdapat sualu hubungan yg sederhana
antara kecepatan reaksi & konsentrasi.
Semakin tinggi konsentrasi larutan
semakin cepat laju reaksinya begitu juga
sebaliknya.
METODE PENELITIAN
Gambar 1. Susunan peralatan
Keterangan gambar:
1. Labu leher tiga 4. Thermometer
2. Pengaduk
5. Kondensor
6. Statip
3. Water Batch
Varinbel yang ditetapkan
I. Volume Ca(OH)2, kadar
=250 mI, 25%
2. Pengadukan
= 250 rpm
Varia bel yang diialankan
l. Suhu pemanasan (oc)
60 ; 70 ; 80 ; 90 ; 100
2. Waktu proses (menit)
50 . 60 . 70 . 80 . 90
3. Perbanding;n ｭｾｴ＠
antara Ca(OH)2 dan
Na2 C03
1 : 1 ; 1 ; 1,5 ; 1 : 2 ; 1 : 2,5 ; 1 : 3
Prosedur Penelitian
1. Marmer dihancurkan sampai halus
kemudian dikalsinasi dengan suhu ±
1000"C selama 1 jam dalam furnance.
2. Setelah itu tambahkan air dan diamkan
selama 24 jam untuk pembuatan susu
kapur.
3. Kemudian susu kapur diambil sebanyak
250 ml dan tambahkan soda abu sesuai
variabe!.
4. Peralatan disiapkan dan masukkan
dalam labu leher tiga.
5. Panaskan dan pengaduk dinyalakan.
Pemanasan dan pengadukan sesuai
dengan variabel yang dijalankan.
6. Setelah itu diamkan dan pisahkan,
padatannya adalah kalsium karbonat
sedangkan filtratnya adalah NaOH.
nahan Yang Digunakan
Marmer
Na2C03 (Natrium Karbonat)
Aquadest
Jumal Teknik Kimia VoI.2,No.2 April 2008
165
HASIL DAN PEMBAHASAN
HasH Penelitian
Untuk Mendapatkan CaC03 dari
limbah marmer dilakukan percobaan dengan
memvariasikan peubah yang ditunjukkan
dalam tabel di bawah ini:
Tabel I. Hasil analisa CaC03 pada berbagai
perbandingan mol dan variasi suhu
serta waktu reaksi.
Suhu Waktu
('C) (Manit) Ｍ［ｐＺ･ｲ｢｡ｮＷ､ｩｧ］Ｇｭｯｉｾｃ＠
60
70
80
90
100
50
60
70
80
90
50
60
70
80
90
50
60
70
80
90
50
60
70
80
90
50
60
70
80
90
100
1: 1,5
46,680
44,736
43,752
42,792
42,250
51,480
47,160
45,696
44,256
43,590
48,144
47,160
45,744
44,890
43,760
48,624
47,640
46,680
46,296
45,970
49,271
47,543
45,769
45,070
44,882
1: 2
44,736
43,752
40,344
38,904
37,996
45,696
43,752
41,808
39,864
39,235
46,680
45,625
43,820
41,880
41,270
47,640
46,176
44,256
43,272
42,340
48,895
47,566
46,583
44,610
44,090
1 : 2,5
44,244
42,288
39,384
37,440
37,030
45,216
43,752
41,808
39,864
38,764
45,640
44,480
12,450
41,352
40,690
47,160
45,969
43,752
42,288
40,542
46,452
44,619
42,945
42,210
41,592
1:3
43,638
40,969
38,420
37,756
37,210
44,560
43,150
40,765
39,598
37,667
45,300
43,980
41,670
40,370
36,620
46,921
44,537
43,342
41,050
39,no
44,712
42,374
41,742
39,617
39,250
Tabel 2. Hasil analisa ｃ｡ｾ＠
waktu reaksi
Ca(OHh dan ｎ｡Ｒｃｾ＠
dengan suhu dan
Perbandingan mol
0,255
0,172
0,189
0,205
0,212
0,217
0,161
0,191
0,221
0,233
0,236
0.297
0,189
0,214
0,247
0,263
0,279
0,168
0,190
0,207
0,241
0,249
0,307
0,197
0,222
0,255
0,280
0,310
0,209
0,240
0,269
0,281
0,292
0,343
0,201
0,241
0,262
0,301
0,323
0,239
0,279
0,289
0,326
0,332
'OA \
0.15 I
0.1 !
tr O.1S
1
!
....... 1:3
0.1
_1:1,0
O.IS
-r-l:1.S
0.1
-1:1,0
o.os
-1:l,S
10
40
60
80
100
W_I .......
Gambar 2. Hubungan waktu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
perbandingan mol Ca(OH)2 dan
Na2C03 pada suhu 60°C
0.4
0.3$ :
i
0.1
O.1S .
1ｯｾ［Ｚ＠
.......1:3
ｾｬＺＬｏ＠
i
•......... 1:1,5
0.1 :
-1:1,0
O.OS :
-1:1,5
o
Basil Perhitungan Konversi CaCOJ
Pengaruh waktu reaksi konversi
pembentukan CaCOJ pada tabel 2 dan grafik
di bawah ini:
.
0,199
0.131
0,139
0,147
0,164
0,168
0,094
0,125
0,132
0,143
0,153
Grafik Pengaruh Waktu Reaksi:
Serat CaC03 (Gram)
7.:(O?-:::H:;'::nｾ､｡ｌＭｮ＠
77"""=O=-=-3
NB2C
1: 1
49,104
48,144
47,640
48,176
46,010
50,088
49,584
48,624
48,144
47,695
50,568
50,080
48,440
47,980
47,050
51,048
50,568
50,088
49,104
48,870
53,251
51,372
50,982
50,321
49,765
90
50
60
70
80
90
50
60
70
80
90
90
l_
Gambar3. Hubungan waktu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
perbandingan mol Ca(OH1 dan
Na2C03 pada suhu 70°C
0.4
Suhu Waktu Ｍ［Ｚｾ］ｂ･Ｎｲ｡ｴＬｃＷｏＳＨｇｭ＼Ｉ
(oC) (Manit) Peroandingan mol Ca (OHn dAn NIl2C03
Ｎｾ＠ __ｾＱＺＬＵＭＫＲＷﾱＳ＠
60
70
60
50
60
70
80
90
50
60
70
80
90
50
60
70
80
0,164 0,205
0,180 0,238
0,189 0,255
0,214 0,272
0,217 0,281
0,147 0,124
0,156 0,197
0,172 0,222
0,181 0,247
0,188 0,256
0,139 0,181
0,148 0,197
0,175 0,220
0,183 0,236
0,238
0,255
0,313
0,338
0,353
0,222
0,255
0,313
0,338
0,353
0,205
0,223
0,254
0,287
0,247
0,280
0,329
0,363
0,369
0,230
0,255
0,288
0,321
0,340
0,219
0,243
0,277
0,296
0,257
0,303
0,346
0,357
0,367
0,240
0,265
0,306
0,326
0,359
0,229
0,251
0,290
0,313
Jurnal Teknik Kimia Vo1.2,No.2 April 2008
us
0.1
il
us
!
us
-'-1:1.5
0.1
-1:1.0
O.os
-I:I,S
1
0.1
Gambar 4. Hubungan waktu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
perbandingan mol Ca(OHh dan
Na2C03 pada suhu 80°C
166
us
US
0.1
0.3
O.IS
o.n
2
)
-+-1:3
0.1
__ U.D
i
)
O.IS
-r-l:1.S
0.1 .
-1'2.0
-I,U
O.OS
...... 1:1.0
O.IS
ｾＱＺＮｳ＠
0.1
-+-1:)
OJ
-1,2.0
o.os
--I,l,S
o '
o
o
20
10
00
60
10
100
120
_loCI
Gambar 5. Hubungan waktu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
per')andingan mol Ca(OH)2 dan
Na2C03 pada suhu 90°C
Gambar 8. Hubungan suhu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
perbandingan mol Ca(OHh dan
Na2C03 pada waktu reaksi 60
menit.
O.IS
0.1
iJ
J
us .
0.4
ｾｬＺｊ＠
0.2 '
us
_1,1.0
O.IS ;
__ 1:1,5
0.1
-1:1.0
o.os ii
-1,2.S
o'
o
1
U
i
O.IS
Jｏｾｉ＠
...... 1:1
_1,1.0
0.1
-+-I,U
I
o.os I
o
o
-1,2.D
-1,2.S
I
Gambar 6. Hubungan waktu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
perband:ngan mol Ca(OHh dan
Na2CO, pada suhu 100°C
Dari gambnr 2 - 6 di atas dapat
disimpulkan bahwa semakin tinggi waktu
reaksi pada berbagai perbandingan mol maka
semakin tinggi pula konversi yang didapatkan.
Hal ini disrbabkan karena kontak antara
reaktan semakin sempurna sehingga produk
yang dil.asilkan semakin besar. Dari semua
grafik di atas kondisi terbaik dicapai pada
waktu reaksi 90menit dan perbandingan mol 1
: 3 kecuali pada suhu 60°C kondisi terbaik
dicapai pada perbandingan moll: 2,5.
20
J
___ 1:)
0.2 ,
_1:1.0
O.IS '
__ I:U
0.1 ,
-1:2.0
O.OS
10
100
120
u
us .
i
U'
OlS :
Jｏｾｉ＠
-4-1:)
_u.o
......... 1:1.5
0.1
-1:2.0
O.OS
--u.s
20
0.2S
(0
Gambar 9. Hubungan ruhu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
perbandingan mol Ct(OHh dan
Na1C03 pad a waktu reaksi 70
menit.
"
______________ｾ｟＠
0.1
It
"
(0
10
100
120
_________._ . '. . . I
Gambar 10. Hubungan suhu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
perbandingan mol Ca(OH)2 dan
Na2C03 pada waktu reak ,i 80
menit
-1:loS
o •
20
00
60
10
100
110
-loCI
Gambar 7. Hubungan suhu reaksi terhadap'
konvcrsi
untuk
berbagai
perbandingan mol Ca(OHhdan
Na2C03 pada waktu reaksi 50
menit.
Jurnal Teknik Kimia Vo1.2,No.2 Apri12008
167
........
eo:
70
80
90
50
60
70
80
90
50
60
70
80
90
0.4
ｾ＠
ｾ＠
OJ!
i
0.3
1
0.25
J
OJ
0.15
0.1
90
-1:3
_1:1.0
...... ｉＺＮｾ＠
-1:2.0
0.05
100
-1:2,5
o .- -.-- ----... ---..-------..--------.-.. -
o
20
40
60
80
100
120
WluloC)
Gambar 11.
Hubungan suhu reaksi terhadap
konversi
untuk
berbagai
perbandingan. mol Ca(OHh
dan NazCO) pada waktu
reaksi 90 menit.
- Ln (1 - XA) = k . t
Dimana:
=
XA
t
k
Konversi
Waktu reaksi, Menit
Tetapan Jaju reaksi, menif1
Apabila diplotkan antara -Ln (1 - XA) terhadap t
waktu merupakan garis lurus, maka persamaan
garis Jurus tersebut adalah orde satu dimana k
merupakan harga slope.
Tabel3. Hasil analisa CaC03 dengan suhu dan
waktu reaksi Perbandingan mol
Ca(OH)z dan Na2C03
Suhu (OC)
60
Waktu
(Manit)
50
60
70
80
90
70
80
50
60
70
80
90
50
60
XII
·Ln (1 - XII)
0.247
0.280
0.329
0.363
0.369
0.230
0.255
0.288
0,321
0.340
0.219
0,243
0.284
0.329
0.399
0.451
0.460
0.261
0.294
0.339
0,387
0,416
0.247
0,278
Jurnal Teknik Kimia Vo1.2,No.2 April 2008
0.324
0.351
0.367
0,219
0.251
0,2&4
0.329
0,371
0.234
0.274
0.313
0.329' ,
0.345
"I
0.6
0.5
Dari gambar 7 - I I di atas dapat dj,impulkan
bahwa semakin tinggi suhu reaksi pada
berbagai perbandingan mol maka konversi
yang diperoleh. semakin rendah. Hal ini
disebabkan reaksi mengarah pada orde sam.
Konstanta Laju Reaksi dan Orde Reaksi
Penentuan orde dan laju reaksi
mengarah pada orde satu dapat dilihat pada
persamaan:
0.277
0,296
0,307
0,197
0.222
0,255
0.280
0,310
0.209
0.240
0.269
0,281
0.292
ｾ＠
.900(
I
.'-00(
,600(
·700(
0.1
800(
20
80
100
Gambar 12. Hubungan antara waktu dan -Ln
(l - XA) pada berbagai suhu Wltuk
perbandingan moll :2,5
Pada suhu 60°C sampai suhu 100°C
dengan waktu reaksi yang semakin lama akari
memperbesar hasil konversi. Hubungan
antara waktu dan - In (1 - XA) menunjukkan
garis Iinier, maka reaksi pembentukan
CaC03 mengarah pada reaksi orde satu.
Dimana harga k pada suhu 60°C sebesar
0,0055, pada suhu 70°C sebesar 0,0048
pada suhu 80°C sebesar 0,0044, pada suhu
90°C sebesar 0,0042, pada suhu 100°C
sebesar 0,0042, dengan waktLJ yang semakin
lama akan mengkonstankan hasil konversi
karen a reaktan sudah mulai jenuh.
Pembuatan CaC03 dari limbah
marmer dan NaC03 merupakan reaksi orde
satu. ApabiJa k yang diperoleh dibuat
hubungan antara -Lnl: dengan liT maka
diperold, hubungan garis lurus.
K
Ko. e·FJRT
LnK
--+1.n Ko
E
RT
Dimana persamaan di atas apabila
dihubungkan antara Ln K dengan Iff c:kan
diperoleh E/R sebagai slope dan Ln Ko
sebagai interceptnya.
168