Analisis Keasaman

Material Padatan

Overview

Padatan Sebagai Asam

Ukuran Kekuatan Asam:

- Total Acid Site

- Acid Strenght

Teknik Penentuan Total Acid Site

Teknik Penentuan Acid Strenght

Padatan sebagai Asam; Sumber Keasaman

Asumsi bahwa permukaan padatan dapat bersifat asam berawal dari:

o Pengamatan pada reaksi cracking (perengkahan) minyak bumi yang dikatalisis oleh lempung atau silika-alumina yang menghasilkan lebih banyak produk daripada thermal cracking

o Karakteristik reaksi yang dikatalisis padatan ini

sama dengan reaksi yang dikatalisis asam

Padatan sebagai Asam; Sumber Keasaman

Struktur material silika-alumina, misalnya pada zeolite atau bentonite, dapat digambarkan dalam bentuk yang disederhanakan sebagai:

H2O

Panas

Si O Al O Si

O

Si

Si O Al O Si

O

Si

OH

-H+

Asam Bronsted Asam Lewis

Lewis acid site

Padatan sebagai Asam Brosnsted; Dalam Katalisis

Peranan asam bronsted pada proses katalisis:

Asam Bronsted

H+Al

O

OH

-O

O

RCH=CH2+ Al

O

OH

-O

O

(RCH+- CH3)

Padatan sebagai Asam Lewis; Dalam Katalisis

Peranan asam bronsted pada proses katalisis: :

Asam Lewis

Al

O

OH

O

O

RCH2CH3 + Al

O

OH

-O

O

(RCH+CH3)……H-

Total Acid Sites:

Total Acid Sites:

1. Jumlah total situs asam yang terdapat pada permukaan padatan

2. Biasanya dinyatakan dalam mol/gram padatan

3. Dapat ditentukan dengan berbagai teknik adsorpsi n-butil amin:

a. Adsorpsi n-butilamin dilanjutkan dg TPD(desorpsi)

b. Penentuan tak langsung dg. Spektrofotometri

Situs Asam

Asam Lewis

Kembali ke Total Acid Sites

CH3

CH2

CH2

CH2

H N H..

Si O Al O Si

O

Si

Lewis acid site

Total Acid Sites:

Total Acid Sites:

Adsorpsi n-butilamin dilanjutkan dg TPD

N2

n-butilamine

Bentonite

Glasswool

Total Acid Sites:

Adsorpsi n-butilamin dilanjutkan dg TPD

Sebelum dijenuhkan n-butilamin, Sample bed di

“flush” dengan N2 (aktivasi)

n-butilamine (dg carier N2) dialirkan pada sample bed

n-butilamine akan teradsorpsi pada situs-situs asam

Bentonite

Penentuan massa n-butilamine teradsorpsi pada

bentonite setelah adsorpsi dapat ditentukan dengan:

- Teknik TGA

- Pengukuran Selisih massa dengan massa bentonit

sebelum adsorpsi

- Dipanaskan pada 2000C selisih massa dihitung ulang

Total Acid Sites:

Padatan Asam

Dijenuhkan dg. siklohexan74 jam, Temp. Kamar, diuapkan

Padatan Asam Jenuh Sikloheksan

Ditambahkan 10 ml1 x 10-3 M n-butilaminDi biarkan selama 74 jam

Padatan Asam terimpregnasi

n-butilamine

Padatan Asam Jenuh Sikloheksan

Dijenuh kan siklohexan74 jam, Temp. Kamar, diuapkan

Bagian larutan Dipisahkan, dan diukur serapnnya

Prinsip Dasar:

Total situs asam pada

permukaan padatan

ditentukan berdasarkan

jumlah n-butil amin yang

diserap pada padatan asam:

Total Acid Sites:

Total Acid Sites:1. 0,1 g sampel padatan dimasukan kedalam labu erlenmeyer

2. Siklohexane ditambahkan secukupnya ke dalam labu

3. Campuran disimpan pada temperatur ruang selama 3 hari

4. Kelebihan siklohexane di”shaking” hingga siklohexane menguap semua.

5. Buat larutan 1 x 10-3M n-butilamine dalam siklohexane

6. Tentukan max untuk serapan n-butilamine dalam siklohexane dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis,

7. Tentukan besarnya serapan larutan1 x 10-3M n-butilamine dalam siklohexane

8. Tambahkan larutan 10 mL 1 x 10-3M n-butilamine dalam siklohexane ditambahkan ke dalam padatan asam yang sudah dijenuhkan dg. Siklohexane simpan selama 3 hari pada temperatur ruang

9. Ukur serapan larutan n-butilamine dalam siklohexane yang konsentrasinya telah berkurang

Total Acid Sites:

Penentuan jumlah n-butilamine terserap:

Jumlah n-butilamin yang diserap padatan asam ditentukan dengan menentukan selisih serapan n-butilamin sebelum ditambahkan ke dalam asam dan sesudah ditambahkan ke dalam padatan asam

Hukum Lambert Beer:

A0 = b c0

A1 = b c1

Index 0 adalah absorbansi dan konsentrasi sebelum adsorpsi

Index 1 adalah absorbansi dan konsentrasi sesudah adsorpsi

Acid Strenght

Acid Strenght dari suatu padatan asam dapat ditentukan berdasarkan:

“kemampuan padatan asam untuk mengubah basa organik netral, yang teradsorpsi pada padatan, menjadi bentuk asam konjugatnya”

Acid Strenght

Analogi Acid Strenght pada pH larutan asam:

1. Rentang pH pada larutan asam/basa dapat ditentukan dg menggunakan indikator

2. Contoh: Indikator metil merah (pKa = 4,8) yang ditambahkan ke dalam larutan:

Larutan dg pH < 4.4 tak berwarna

Larutan dg pH > 5.2 merah

( ) ( )

HIn H In

asam basKuning m h

aera

[ ][ ]

[ ]a

H InK

Hin

[ ]

[ ] [ ]

aK In

H Hin

Perbandingan [In-] thd. [Hin]:- Menentukan warna larutan- Ditentukan oleh Jmlh [H+] yang berasal dari larutan yang diuji

Acid Strenght; skala Hammet

Indikator untuk asam padat biasanya berupa basa organiknetral:

padat organikA B AB

Basa Asam

[ ][ ]

[ ]a

A BK

AB

[ ]

[ ] [ ]

aK B

A AB

[B] = Konsentrasi basa organik [AB] = konsentrasi asam konjugat[A] = konsentrasi situs asam

[ ][ ]

[ ]a

ABA K

B

[ ]log[ ] log log

[ ]a

BA K

AB

0

[ ]log

[ ]a

BH pK

AB

Acid Strenght; skala Hammet

padat organikA B AB

Basa Asam

[ ]

[ ] [ ]

aK B

A AB Warna indikator yang ditambahkan pad

permukaan padatan tergantung pada: [ ]

[ ]

B

AB

Yang tergantung pada [A] =H0

0

[ ]log

[ ]a

BH pK

AB

Nilai H0 eqivalent dg pH, tetapi lebih tepat disetarakan dg konsentrasi H2so4 dg kuantitas tertentu

Acid Strenght; Indikator

Beberapa Indikator Hammet:0

[ ]log

[ ]a

BH pK

AB

Indikator pKa Warna bentuk Basa

Warna bentuk Asam

[H2SO4]

(%)

Metil merah +4.8 Kuning merah

Phenilazonaphtylamine +4 Kuning Merah 5x10-5

P-Dimetylaminoazobenzene +3.3 Kuning Merah 3x10-4

Benzenazodiphylamine +1.5 Kuning Purple 1.10-2

Cristal violet +0.8 Biru Kuning 0.1

Dicinamalacetone -3 Kuning Merah 48

Benzalacetophenone -5.6 TB Kuning 71

Antraquinone -8.2 TB Kuning 98

P-nitroyoluene -11.35 TB Kuning *

Acid Strenght; Penentuan

Test Warna dg. Indikator:

1. Sample dikeringkan pada temperatur 120 0C

2. Larutan indikator dalam siklohexane dg konsentrasi 0.1% disiapkan

3. 0.1 gram sample kering dimasukan kedalam tabung reaksi

4. Tambahkan 3 tetes larutan indikator

5. Catat warnanya

0

[ ]log

[ ]a

BH pK

AB

Catatan:

Untuk menghemat, gunakan indikator pada rentang pH yang berada sedikit di bawah dan sedikit di atas perkiraan acid strenght!

Acid Strenght; Indikator skala Hammet

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2

Indikator

P-nitroyoluene

Antraquinone

Benzalacetophenone

Dicinamalacetone

Cristal violet

Benzenazodiphylamine

Ket: Warna sebelah kiri adalah warna Asam (AB), warna kanan adalah warna basa (B)

Warna indikator

Jika suatu padatan memberikan warna kuning dengan Antraquinone dan tak berwarna dengan Benzelacetophenon, nilai H0 = -5,6 – 8,2

Acid Strenght; Beberapa contoh nilai

H0

Lempung

Kaolinite Alam

Hidrogen Kaolinite

Bentonite Alam

Hidrogen Bentonite

-3.0 s.d. –5.6

-5.6 s.d. –8.2

+1.5 s.d. –3.0

-5.6 s.d. –8.2

Oksida

Silika Alumina

Al2O3.B2O3

Silika-Magnesia

< -8.2

< -8.2

+1.5 s.d. –3.0

Asam

SbF5/Al2O3 <-13.16

Situs Asam

Asam Lewis

Kembali ke Total Acid Sites

CH3

CH2

CH2

CH2

H N H..

Si O Al O Si

O

Si

Lewis acid site