SINTESIS GAS HIDROGEN DARI LIMBAH ALUMUNIUM

1. Pendahuluan

1.1   Latar Belakang

           Perkembangan teknologi memiliki dampak yang positif dan negatif bagi suatu negara di dunia. Indonesia salah satu negara yang mengalami dampak dari perkembangan teknologi. Slah satu perkembangan teknologi yang dirasakan di Indonesia yaitu bertambahnya jumlah kendaraan bermotor. Semakin bertambahnya jumlah kendaraan bermotor maka semakin banyak persediaan bahan bakar minyak bumi yang disediakan oleh negara. Namun, Indonesia saat ini mengalami krisis energi, dimana persediaan energi sperti minyak bumi, batu bara dan energi lainnya semakin menipis. Dengan semakin berkembangnya teknologi maka energi yang dibutuhkan meningkat. Baterai yang berbahan bakar hidrogen (Hydrogen Fuel Cell) adalah teknologi baru yang sedang dikembangkan, dimana tenaga listrik dalam jumlah besar dapat dihasilkan dari gas hidrogen. Pabrik-pabrik baru dapat dibangun dekat dengan laut untuk melakukan proses elektrolisis air laut guna memproduksi hidrogen. Namun, gas hidrogen sangat langka di atmosfer bumi karena beratnya yang ringan sehingga menyebabkan gas hidrogen lepas dari gravitasi bumi. Walaupun demikian, hidrogen masih merupakan unsur paling melimpah di permukaan bumi.Gas yang bebas polusi ini lantas dapat dialirkan melalui pipa-pipa dan disalurkan ke daerah-daerah pemukiman dan kota-kota besar. Gas hidrogen juga dihasilkan oleh beberapa jenis bakteri dan ganggang. Hidrogen dapat dibuat dalam laboratorium melalui proses elektrolisis air atau dengan  mereaksikan oksida-oksida alkali dengan logam Al.

1.2  Tujuan Percobaan

Untuk mengetahui dan mengidentifikasi pembentukan gas hidrogen.

1.3  Prinsip Percobaan

          Gas hidrogen disintesis dengan cara melarutkan pellet NaOH dengan  akuades, kemudian ditambahkan serbuk logam Al. Gas yang terbentuk kemudian ditampung dengan menggunakan balon.

2. Tinjauan Pustaka

Hidrogen berasal dari bahasa latin hydrogenium atau bahasa Yunani hydro yaitu air dan genes yang berarti pembentukan. Hidrogen telah digunakan bertahun-tahun sebelum akhirnya dinyatakan sebagai unsur yang unik oleh Cavedish pada tahun 1776. Hidrogen diperkirakan membentuk komposisi lebih dari 90% atom-atom di alam semesta (sama dengan tiga perempat masa alam semesta). Unsur ini ditemukan di bintang-bintang dan memainkan peranan yang penting dalam memberikan sumber energi jagad raya melalui reaksi-reaksi proton-proton dan siklus karbon-nitrogen. Proses fusi atom-atom hydrogen menjadi helium di matahari menghasilkan jumlah energi yang sangat besar. Hydrogen dalam bnetuk cair sangat penting untuk bidang penelitian suhu rendah (cryogenics) dan studi uperkonduktivitas karena titik cairnya hanya 20 derajat di atas 0 Kelvin (Porwoko, 2001: 321).

`        Hidrogen merupakan unsur yang paling ringan dan paling sederhana yaitumengandung 1 proton dan 1 elektron. Hidrogen dalam keadaan bebas berbentuk molekul gas diatomik, yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak dapat dirasakan.Hidrogen adalah unsur yang terdapat di alam dalam kelimpahan terbesar yaitu 93%,tetapi hanya sedikit yang terdapat di bumi (Haris, 2009:17-18). Hidrogen merupakanpenyusun utama (75%) atmosfer matahari. Di bumi, hidrogen didapatkan sebagai air,hidrokarbon dan senyawa organik lainnya. Molekul hidrogen merupakan gas yangpaling ringan. Hidrogen cair mempunyai titik didih -253oC dan titik bekunya -259oC (Fajar, 2003:79).

Aluminium termasuk unsur yang banyak terdapat di kulit bumi. Umumnya aluminium ditemukan bergabung dengan silikon dan oksigen, seperti dalam alumininosilikat, yang terdapat dalam karang sebagai granit dan tanah liat. Logam aluminium berwarna putih, mengkilat, mempunyai titik leleh tinggi yaitu sekitar 660oC, moderat lunak dan lembek lemah jika dalam keadaan murni, tetapi menjadi keras dan lunak jika dibuat paduan dengan logam-logam lain. Densitasnya dangat ringan sebesar 2,73 gcm-3. aluminium merupakan konduktor panas dan konduktor listrik yang baik, namun sifat ini lebih rendah dibandingkan dengan sifat konduktor tembaga. Atas dasar sifat-sifat tersebut, logam aluminium sangat banyak manfaatnya. Dalam industri rumah tangga, misalnya untuk peralatan masak/dapur, dalam induustri makanan misalnya untuk pembungkus makanan, kaleng minuman, pembugkus pasta gigi dan lain sebagainya. Serbuk aluminium terbakar dalam api menghasilkan debu awan aluminium oksida menurut persamaan reaksi:

4Al(s) + 3O2(g) → 2Al2O3(s).

Logam aluminium bersifat amfoterik, bereaksi dengan asam kuat membebaskan gas hydrogen, dan dengan basa membentuk aluminat dan gas hydrogen menurut persamaan reaksi: (Sugianto, 2003: 4.3-4.5).

2Al(s) + 6H3O+(aq) → 2Al3+(aq) + 6H2O(l) + 3H2(g)
2Al(s) + OH-(aq) + 6H2O(l)→ 2[Al(OH)4]-(aq) +3H2(g)  

3. Prosedur Kerja

1.      Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan,

2.      Memasukkan alumunium foil ke dalam botol kaca,

3.      Menambahkan natrium hidroksida ke dalam botol kaca,

4.      Memasang balon pada mulut botol kaca,

5.      Menghitung volume gas yang dihasilkan.

4. Pengamatan

Konsentrasi NaOH	Berat Alumunium	Keliling Balon	Keterangan
3M	0,1 gram	15,5 cm	Larutan tetap bening
	0,2 gram	22,7 cm	Larutan menjadi agak kehitaman
	0,4 gram	29,6 cm	Larutan menjadi hitam
	0,8 gram	36,5 cm	Larutan menjadi sangat hitam

                           (a)        (b)        (c)            (d)

Gambar 1 Hasil percobaan NaOH 3M dengan alumunium (a) 0,1gr (b) 0,2gr (c) 0,4gr (d) 0,8gr.

Gambar 2. Variasi berat Alumunium Foil (0.01 g, 0.02 g, 0.04 g dan 0.08 g)  konsentrasi NaOH 3M terhadap volume hidrogen yang dihasilkan.

 

Gambar 3. Variasi berat Alumunium Foil (0.1 g, 0.2 g, 0.4 g dan 0.8 g)  konsentrasi NaOH 3M terhadap waktu berlangsungnya suatu reaksi.

5. Perhitungan

 Perhitungan berdasarkan hasil percobaan

 

0,1 gram aluminium Keliling      = π.d           V = 4/3 . πr3 15,5 cm2    = 3,14 . d         = 4/3 . 3,14 . 2,473 d             = 4,9 cm          = 63,09 cm3 r             = 2,47 cm        = 0,063 L

0,2 gram aluminium Keliling      = π.d           V = 4/3 . πr3 22,7 cm2    = 3,14 . d         = 4/3 . 3,14 . 3,613 d             = 7,23 cm         = 196,97 cm3 r             = 3,61 cm         = 0,196 L

0,4 gram aluminium Keliling      = π.d            V = 4/3 . πr3 29,6 cm2    = 3,14 . d         = 4/3 . 3,14 . 4,713 d             = 9,43 cm         = 437,45 cm3 r             = 4,71 cm         = 0,437 L

0,8 gram aluminium Keliling      = π.d            V = 4/3 . πr3 36,5 cm2    = 3,14 . d         = 4/3 . 3,14 . 5,83 d             = 11,62 cm        = 816,87 cm3 r             = 5,8 cm           = 0,816 L

Perhitungan berdasarkan teoritis

1. Massa Al = 0,1 gram

                               2 Al     +      6 H2O     ---->    2 Al(OH)3    +     3 H2

    mula-mula     0,0037 mol        0,15 mol                      -                       -    

    reaksi         0,0037 mol       0,0111 mol           0,0037 mol          0,0055 mol

    sisa                    -                0,1389 mol           0,0037 mol          0,0055 mol

    Volume gas H2  = n x 22,4 L

                               = 0,0055 X 22,4 L

                               = 0,124 L

2. Massa Al = 0,2 gram

     

                              2 Al     +      6 H2O     ---->    2 Al(OH)3    +     3 H2

    mula-mula      0,0074 mol        0,15 mol                      -                       -    

    reaksi           0,0074 mol       0,0222 mol           0,0074 mol          0,0111 mol

    sisa                    -                0,1278 mol           0,0074 mol          0,0111 mol

    Volume gas H2 = n x 22,4 L

                              = 0,0111 X 22,4 L

                              = 0,24864 L

3. Massa Al = 0,4 gram

                             2 Al     +      6 H2O     ---->    2 Al(OH)3    +     3 H2

    mula-mula      0,0148 mol        0,15 mol                      -                       -    

    reaksi           0,0148 mol       0,0444 mol           0,0148 mol          0,0222 mol

    sisa                     -                0,1056 mol           0,0148 mol          0,0222 mol

    Volume gas H2 = n x 22,4 L

                              = 0,0222 X 22,4 L

                              = 0,49728 L

4. Massa Al = 0,8 gram

                              2 Al     +      6 H2O     ---->    2 Al(OH)3    +     3 H2

    mula-mula      0,0296 mol        0,15 mol                      -                       -    

    reaksi          0,0296 mol       0,0888 mol           0,0296 mol          0,0444 mol

    sisa                    -                0,0612 mol           0,0296 mol          0,0444 mol

    Volume gas H2 = n x 22,4 L

                              = 0,0444 X 22,4 L

                              = 0,99456 L

Kesalahan Teoritis

Kesalahan perc.1           =          Xteori – Xpraktek / Xteori x 100%

                                    =          0,124 – 0,063/0,124 x 100%

                                    =          49%

Kesalahan perc.2          =          Xteori – Xpraktek / Xteori x 100%

                                    =          0,248 – 0,196/0,248 x 100%

                                    =          21%

Kesalahan perc.3          =          Xteori – Xpraktek / Xteori x 100%

                                    =          0,497 – 0,437/0,497 x 100%

                                    =          12,1%

Kesalahan perc.4          =          Xteori – Xpraktek / Xteori x 100%

                                    =          0,9945 – 0,816/0,9945 x 100%

                                    =          17,9%

6. Pembahasan

    Pada percobaan pembuatan gas hidrogen dengan limbah alumunium, digunakan katalis untuk mempercepat reaksi. Apabila suatu limbah alumunium hanya direaksikan dengan air tanpa adanya katalis, maka reaksi akan berlangsung sangat lama maka dari itu diperlukan katalis yang sesuai untuk mempercepat reaksi. Katalis yang digunakan pada percobaan ini yaitu NaOH atau larutan beralkalin, karena Alumunium (alumunium foil) dapat menunjukkan sifat asamnya jika direaksikan dengan larutan beralkalin (basa) seperti larutan NaOH. 

    Reaksi yang berlangsung pada percobaan ini menghasilkan larutan Al(OH)₃ dengan gas H_2. Karena Na digunakan sebagai katalis maka Na ikut bereaksi namun tidak dihasilkan dalam produk.     

    Pengujian dilakukan terhadap pengaruh jumlah massa alumunium foil yang digunakan terhadap jumlah gas hidrogen yang dihasilkan. Konsentrasi NaOH yang digunakan yaitu 3M dan  massa alumunium foil divariasikan dari 0.1, 0.2, 0.4, dan 0.8 gram. Gas Hidrogen yang dihasilkan ditampung dalam sebuah balon sehingga keliling balon dapat diketahui dan volume gas hidrogen dapat diketahui. Pada hasil yang didapat, terlihat bahwa semakin besar massa alumunium maka semakin banyak jumlah gas hidrogen yang dihasilkan dan semakin cepat waktu yang diperlukan untuk bereaksi. Hal ini sesuai dengan rumus 

                  PV = nRT …………………………………

dengan :

P = tekanan (atm)

V = volume (L)

n = mol

R= tetapan gas universal (0,08206 L atm mol-1K-1)

T = temperatur (K)

dimana, apabila mol larutan tersebut semakin besar maka sebanding dengan tekanan yang dihasilkan akan semakin besar dan volume gas yang dihasilkanpun semakin besar.

7. Kesimpulan

Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan :

• Gas hidrogen dapat diproduksi dengan menggunakan limbah alumunium foil pada suasana basa (NaOH).
• Massa alumunium foil berpengaruh pada waktu reaksi tetapi tidak berpengaruh terhadap produksi hidrogen sedangkan konsentrasi NaOH hanya berpengaruh pada waktu reaksi tetapi tidak berpengaruh terhadap produksi hidrogen.