BAB 1 - Universitas Sumatera Utara

BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Minyak Jarak (Castor Oil)
Castor oil atau minyak jarak dihasilkan dari biji tanaman jarak (ricinus communis),
termasuk dalam famili Euphorbiaceae yang banyak tumbuh didaerah tropik dan
subtropik. Castor oil mengandung trigliserida asam-asam lemak terutama asam
ricinolet dengan konsentrasi 85% sehingga sering disebut trigliserida asam ricinoleat.
Minyak jarak mempunyai kandungan asam lemak dengan komposisi sebagai
berikut:
Tabel 1. Kandungan asam lemak
Asam Lemak
Jumlah ( % )
Asam Risinoleat
86
Asam Oleat
8,5
Asam Linoleat
3,5
Asam Stearat
0,5 – 2,0
Asam dihidroksi Stearat
1–2
Sumber : Bailey, A.E.(1950)
Universitas Sumatera Utara
Minyak jarak mempunyai rasa asam dan dapat dibedakan dengan trigliserida
lainnya karena bobot jenis, kekentalan (viskositas) dan bilangan asetil serta
kelarutannya dalam alcohol nilainya relative tinggi. Castor alkohol larut dalam etilalkohol 95 persen pada suhu kamar serta pelarut organik yang polar, dan sedikit larut
dalam golongan hidrokarbon alifatis. Kandungan tokoferol relative kecil (0,05%),
serta kandungan asam lemak esensial yang sangat rendah menyebabkan mnyak jarak
tersebut berbeda dengan minyak nabati lainnya. (Ketaren, 1986)
Tabel 2. Sifat Fisik Dan Kimia Minyak Jarak
Sifat
Nilai
Bilangan asam
2–3
Bilangan Iodin
82 – 88
Bilangan hidroksil
160 – 168
Bilangan penyabunan
179 – 185
Warna Gardner
1–2
Bobot Jenis
0,957 – 0,961
viskositas
6,5 – 8,5
(Naughton, 1973)
Penggunaan produk-produk turunan castor oil yang banyak diproduksi didunia
berdasarkan urutan nilai produksinya adalah minyak pelumas, kosmetik, pengobatan,
detergen, sabun, pelapis, serat nylon dan Textil
Berikut ini disajikan beberapa contoh produk yang dapat dihasilkan dari castor oil.
1. Minyak pelumas
Castor oil memiliki viskositas pada temperatur yang tinggi dan cair pada
temperatur yang rendah sehingga dapat dijadikan sebagai minyak pelumas yang cukup
bagus. Perkembangan pasar dan teknologi telah mengarahkan penggunaan castor oil
untuk dijadikan bahan baku minyak pelumas karena kualitasnya yang lebih baik
daripada pelumas berbasis meineral dan lebih ramah lingkungan karena pelumas ini
dapat didegradasi dengan lebih singkat oleh alam.
Universitas Sumatera Utara
2. Bahan Pencelupan Textil
Castor oil digunakan sebagai bahan pencelup textil umumnya dalam bentuk
castor oil yang disulfasi (sulfated castor oil) seperti minyak merah turki.
3. Sabun
Castor oil dapat memberikan sifat transparan terhadap sabun sehingga banyak
digunakan dalam industri sabun transparan. Sodium ricinoelat dan sulfo ricinoleat
dalam sabun castor oil dapat menghilangkan bakteri sehingga banyak digunakan
dalam industri sabun desinfektan.
4. Cat dan Permis
Penemuan dan proses dehidrasi castor oil telah meningkatkan perkembangan
penggunaan castor oil sebagai salah satu bahan penunjang industri cat dengan
kemampuan castor oil yang memberikan sifat berpendar terhadap cahaya dan anti
kuning pada cat sehingga dapat menghasilkan cat yang berwarna putih bersih. Castor
oil juga banyak dimanfaatkan dalam industri percetakan dan resin.
5. Isolator
Turunan castor oil dalam bentuk urethane banyak untuk memproduksi basa
yang dapat digunakan sebagai bahan isolasi dan penguat. Selain untuk isolator
urethane juga dapat digunakan untuk memproduksi karet elastis.
6. Serat Nylon
Serat Nylon-11 banyak diproduksi dengan bahan baku castor oil polyamide
karena dapat menghasilkan sifat-sifat tahan abrasi, sangat elastis dan sifat peregangan.
(Http : // www. Nguntoronadi. Wonogiri.org/ mod)
Universitas Sumatera Utara
2.2 Asam Lemak
Asam lemak bersama-sama dengan gliserol, merupakan penyusun utama minyak
nabati atau lemak dan merupakan bahan baku untuk semua lipida pada makhluk
hidup. Asam ini mudah dijumpai dalam minyak masak (goreng), margarin, atau lemak
hewan dan menentukan nilai gizinya. Secara alami, asam lemak bisa berbentuk bebas
(karena lemak yang terhidrolisis) maupun terikat sebagai gliserida. Asam lemak
merupakan salah satu basic oleochemical.
Asam lemak tidak lain adalah asam alkanoat atau asam karboksilat berderajat
tinggi (rantai C lebih dari 6). Rumus molekulnya adalah : CnH2n O2. Asam lemak
merupakan asam lemah, dan dalam air terdisosiasi sebagian.
Umumnya berfase cair atau padat pada suhu ruang (27 °C). Semakin panjang rantai C
penyusunnya, semakin mudah membeku dan juga semakin sukar larut.
Keberadaan ikatan ganda pada asam lemak tak jenuh menjadikannya memiliki
dua bentuk: cis dan trans. Semua asam lemak nabati alami hanya memiliki bentuk cis
(dilambangkan dengan "Z"). Asam lemak bentuk trans (trans fatty acid,
dilambangkan dengan "E") hanya diproduksi oleh sisa metabolisme hewan atau dibuat
secara sintetis.
Akibat polarisasi atom H, asam lemak cis memiliki rantai yang melengkung.
Asam lemak trans karena atom H-nya berseberangan tidak mengalami efek polarisasi
yang kuat dan rantainya tetap relatif lurus. (Tambun , 2006)
2.2.1 Asam Risinoleat
Asam risinoleat (Asam 12-hidroksi-9-Oktadekanoat)
H
CH3
(CH2)5
C
CH2
CH
CH
(CH2)7
COOH
OH
Universitas Sumatera Utara
Memiliki 18 atom karbon dengan 1 gugus hidroksi pada atom karbon ke 12
dan ikatan rangkap Cis antara atom karbon 9 dan 10. Berat molekul asam risinoleat
298,46. Adanya asam lemak ricinoleat pada castor oil membuat castor oil memiliki
sifat yang khusus. Castor oil memilki bilangan hidroksi dan asetil yang tinggi,
bilangan Iodin yang sebanding dengan minyak lain. Viskositas dan berat jenis yang
tinggi.
Tidak seperti minyak yang lain, castor oil bercampur dengan alkohol dan
sedikit larut dalam petroleum eter pada temperatur kamar. (Naughton, 1973)
2.3 Metil Risinoleat dari Minyak Jarak (Ricinus Communis)
Metil risinoleat dapat dengan mudah diisolasi dari ester minyak jarak dengan
adsorbsi menggunakan Kromatografi kolom lapis Tipis. Gugus hidroksi yang lebih
polar lebih kuat diadsorbsi dibandingkan pengotor yang kurang polar. Pelarut yang
digunakan untuk mengisolasi adalah Petroleum ether dengan dietil ether dengan
perbandingan (4 : 1) tetapi untuk menghasilkan hasil yang lebih bagus digunakan
petroleum ether dengan propana-2-ol dengan perbandingan (99 : 1). Penggunaan
pelarut ini memiliki keuntungan yaitu ketika pelarut itu telah digunakan maka dapat
diperoleh kembali dengan mudah. (Emanuele, 1984)
2.4 Reaksi Transesterifikasi
Pembentukan ester merupakan salah satu reaksi yang penting dalam pemberian nilai
tambah dari lemak hewan dan minyak tumbuhan.
Reaksi pembentukan ester diklasifikasikan kedalam dua reaksi yaitu
1. Esterifikasi yaitu reaksi antara Asam karboksilat dengan Alkohol
RCOOH .+ MeOH
RCOOMe + H2O
2. Transesterifikasi dibagi kedalam tiga jenis reaksi yaitu:
1. Interesterifikasi yaitu pembentukan ester dari ester dengan ester
2. Alkoholisis yaitu pembentukan ester dari reaksi suatu ester dengan alkohol
3. Asidolisis yaitu reaksi antara ester dengan asam karboksilat.
(Frank, 2004)
Universitas Sumatera Utara
Reaksi transesterifikasi menggunakan katalis heterogen memilki parameter penting
untuk diperhatikan seperti temperatur, luas dari muatan katalis, perbandingan mol
antara metanol dengan minyak dan waktu reaksi. ( Viswanathan, 2005)
Transesterifikasi dari miyak nabati menjadi biodiesel [metil ester asam lemak,
MEAL] dapat dikatalisis dengan basa dan asam .Katalis basa termasuk katalis basa
homogen dan katalis basa heterogen. Secara umum menggunakan katalis homogen
seperti NaOH, KOH dan alkosidanya. Transesterifikasi dengan menggunakan katalis
alkali homogen lebih cepat daripada menggunakan transesterifikasi katalis asam. Dan
harus dipertimbangkan untuk memisahkan katalis dari larutan produk.
Katalis basa heterogen mempunyai banyak keuntungan: yaitu tidak korosif,
ramah lingkungan dan menghasilkan sedikit masalah pembuangan. Sementara itu,
lebih mudah memisahkanya dari larutan produk dan dapat dirancang untuk
memberikan aktivitas tertinggi, selektivitas dan katalis dengan daya tahan yang lebih
lama .Sekarang ini, banyak tipe katalis heterogen yang telah ditemukan untuk
transesterifikasi dari minyak sayuran menjadi biodiesel, seperti logam oksida alkali
tanah, berbagai senyawa logam alkali seperti alumina atau zeolit .Bagaimanapun,
untuk kebanyakan pendukung katalis-katalis alkali, komposisi aktifnya mudah
berkarat oleh metanol dan mempunyai waktu hidup yang singkat. CaO merupakan
basa yang lebih kuat dan CaO telah dipelajari sebagai katalis basa kuat padat oleh
banyak peneliti.
2.5 Sifat-sifat unsur Golongan II A
Unsur alkali tanah merupakan logam golongan II A dalam sistem periodik. Unsur ini
mempunyai elektron valensi 2, Yang cenderung melepas elektron , sehingga
bermuatan +2. Karena elektron valensinya mudah terlepas, unsur alkali tanah bersifat
mudah teroksidasi, walaupun tidak semudah golongan alkali. Jadi, unsur golongan
alkali tanah merupakan reduktor kuat.
Universitas Sumatera Utara
Golongan ini dikatakan alkali ”tanah” karena unsur ini agak sukar larut dalam
air dan tetap stabil pada temperatur tinggi. Unsur alkali pada kulit terluarnya
mempunyai 1 elektron. Unsur alkali tanah pada kulit terluarnya mempunyai 2 elektron
sehingga pada unsur alkali tanah gaya tarik inti dengan elektron pada kulit terluarnya
akan lebih kuat daripada golongan alkali, yang mengakibatkan sebagai berikut:
-
Unsur alkali tanah memiliki jari-jari yang lebih kecil dan energi ionisasi
lebih besar dibandingkan dengan unsur alkali
-
Unsur alkali tanah merupakan logam keras yang mempunyai titik leleh
tinggi.
Kecuali Be semua unsur golongan alkali tanah jika bereaksi dengan air, akan
membentuk basa kuat dengan H2.
Senyawa yang terbentuk dengan unsur alkali tanah akan membentuk ikatan sebagai
berikut:
-
Ca, Sr dan Ba akan membentuk ikatan ionik
-
Mg akan membentuk ikatan ion, tetapi dalam senyawa organik akan
membentuk ikatan kovalen, seperti CH3MgBr dan Mg(C2H5)2
-
Be sebagian besar membentuk ikatan kovalen. (Lestari S, 2006)
Konfigurasi elektron secara langsung mempengaruhi sifat unsur-unsur. Konfigurasi
elektron terluar secara langsung mempengaruhi sifat-sifat atom unsur-unsur golongan
utama. Keragaman periodik dari sifat-safat fisika dari unsur mencerminkan perbedaan
dalam struktur. Karakter logam unsur-unsur menurun dalam satu periode melalui
metaloid ke nonlogam dan meningkat dari atas kebawah dalam golongan tertentu
unsur-unsur golongan utama. Ukuran atom yang didefenisikan melalui jari-jari atom
juga beragam secara periodik, berkurang dari kiri kekanan dan bertambah dari atas
kebawah.
Energi ionisasi adalah kecenderungan suatu atom untuk menahan lepasnya
satu elektron. Makin besar energi ionisasi, makin kuat inti menahan elektron. Afinitas
elektron adalah ukuran kecenderungan suatu atom untuk memperoleh sebuah elektron.
Secara umum logam memilik energi ionisasi yang rendah dan nonlogam memiliki
afinitas elektron yang tinggi.
Universitas Sumatera Utara
2.6 Sifat-sifat Unsur Periode III
Salah satu cara untuk membandingkan sifat-sifat unsur golongan utama dalam
satu periode adalah dengan mengkaji dari deretan senyawa yang serupa. Karena
oksigen bergabung dengan hampir semua unsur, maka akan dibandingkan sifat-sifat
oksida unsur-unsur periode ketiga untuk melihat logam berbeda dari metaloid dan
non-logam.
Kecenderungan oksigen untuk membentuk oksida dengan semua unsur
disebabkan oleh logam yang memiliki energi ionisasi yang rendah yaitu Golongan I
A, II A dan aluminium. Jadi Na2O, MgO dan Al2O3 adalah senyawa-senyawa ionik
seperti yang terlihat dari titik leleh dan titik didihnya yang tinggi. Kebanyakan oksida
dapat digolongkan sebagai asam atau basa, bergantung pada apakah oksida ini
menghasilkan asam atau basa ketika dilarutkan dalam air atau bereaksi pada asam atau
basa dalam proses tertentu. Beberapa oksida bersifat amfoter yang berarti oksidaoksida tersebut bersifat asam atau basa. Dua oksida pertama dalam periode ketiga
Na2O dan MgO adalah oksida basa. Misalnya Na2O bereaksi dengan air membentuk
natrium oksida (yang bersifat basa).
Magnesium oksida agak sulit larut, oksida ini tidak bereaksi dengan air dalam
tingkat yang teramati. Tetapi oksida tersebut bereaksi dengan asam dengan cara yang
menyerupai reaksi asam-basa:
MgO +
2 HCl(aq)
MgCl2(aq) +
H2O(l)
Aluminium oksida bahkan lebih sulit larut bila dibandingkan dengan magnesium
oksida: oksida ini juga tidak larut dengan air. Tetapi zat ini menunjukkan sifat-sifat
basa jika bereaksi dengan asam dan bersifat asam jika bereaksi dengan basa. Jadi
Al2O3 digolongkan sebagai oksida amfoter. Oksida amfoter yang lain adalah ZnO,
BeO dan Bi2O3.
Kajian singkat mengenai oksida unsur-unsur periode ketiga ini menunjukkan
bahwa dengan menurunnya karakter logam dari unsur-unsur dari kekanan dalam satu
periode, oksidanya berubah dari bersifat basa menjadi amfoter kemudian bersifat
Universitas Sumatera Utara
asam. Karena karekter logam unsur-unsur golongan utama meningkat dari atas
kebawah kita mengharapkan oksida unsur-unsur dengan nomor atom yang lebih tinggi
akan bersifat lebih basa dibandingkan dengan unsur-unsur yang lebih ringan.
(Chang,R. 2005)
2.7 Katalis
Katalis adalah zat yang meningkatkan laju reaksi kimia tanpa ikut terpakai. Katalis
dapat bereaksi membentuk zat antara, tetapi akan diperoleh kembali dalam tahap
reaksi berikutnya. Katalis mempercepat reaksi dengan menyediakan serangkaian
tahapan elementer dengan kinetika yang lebih baik dibandingkan jika tanpa katalis.
Dalam banyak kasus, katalis meningkatkan laju dengan cara menurunkan energi
aktivasi reaksinya.
Ada dua jenis katalis yang digunakan
1.Katalis heterogen
Dalam katalis heterogen, reaktan dan katalis berbeda fasa. Biasanya katalis berupa
padatan dan reaktan berwujud gas atau cairan. Katalis heterogen sejauh ini adalah
jenis katalis yang paling penting dalam kimia industri, terutama dalam sintesis
berbagai bahan kimia penting
2. Katalis homogen
Dalam katalis homogen, reaktan dan katalis terdispersi dalam satu fasa biasanya fasa
cair. Katalis asam dan basa adalah jenis katalis homogen yang paling penting dalam
larutan cairan. (Raymond Chang, 2005)
Keuntungan dari katalis homogen adalah kespesifikannya dan tidak
dibutuhkannya suhu dan tekanan yang tinggi dalam reaksi. Kerugian dari katalis
Universitas Sumatera Utara
homogen ini adalah sulitnya katalis ini untuk dipisahkan dari produknya. Katalis dapat
terdegradasi dan harganya relatif tinggi.
Katalis heterogen memiliki keuntungan dibandingkan katalis homogen
khususnya dalam pemisahannya karena produk yang terlarut dalam medium reaksi
dapat dipisahkan dari katalisnya dengan menyaringnya.(Leach.B.E,1983)
Katalis heterogen bereaksi pada permukaan bahan. Reaksi fase gas dan fase
cair dikatalisa oleh katalis heterogen biasanya lebih mungkin terjadi di permukaan
katalis dari pada di fase gas atau fase cair. Untuk alasan ini maka kadangkala katalis
heterogen disebut katalis kontak.
Proses katalis heterogen sedikitnya dapat melalui 4 tahap:
1. Difusi produk dari permukaan katalis
2. Reaksi reaktan yang diserap
3. Aktivasi penyerapan reaktan
4. Adsorpsi reaktan pada permukaan katalis
(Holzchaw,1988)
2.7.1 Katalis CaO
Oksida dari semua unsur logam telah dikenal dan oksida-oksida ini menunjukkan
beragam struktur, asam basa, dan hantaran. Oksida dapat membentuk rantai satu
dimensi, lapisan dua dimensi atau struktur 3-dimensi.
Oksida logam dapat bersifat basa, amfoter atau asam bergantung identitas
logamnya. Lebih lanjut, tentang sifat fisik yang ditunjukkan juga sangat luas, dari
isolator, semikonduktor, konduktor bahkan superkonduktor. Komposisi oksida logam
dapat stoikiometrik sederhana, stoikiometrik tetapi tidak sederhana, atau kadang nonstoikiometrik. (Saito,1996)
Universitas Sumatera Utara
Gamping dapat digunakan untuk pengobatan, insektisida pakan ternak dan
tanaman, absorbsi gas, presipitasi, dehidrasi dan kaustisasi. Gamping juga dapat
digunakan sebagai pereaksi dalam proses sulfit, dalam pembuatan kertas, pembersihan
bulu dalam pengolahan kulit, pembuatan semen dan baja bermutu tinggi, pelunakan
air, pemulihan amonia sebagai hasil samping serta pembuatan sabun, karet dan bata
pasir gamping.
Kalsium oksida diperoleh dari pemanasan kalsium karbonat (CaCO3) dan
kalsium sulfat (CaSO4).
Kalsinasi
CaCO3
CaSO4
9000 C
CaO
+
CO2
11490 C
CaO
+
SO3
Hidrasi
CaO
+
H2O
Ca(OH)2
Pada proses kalsinasi volumenya menciut dan pada waktu hidrasi volumenya
berkembang. (Austin, 1996)
Sekarang ini banyak tipe katalis heterogen yang digunakan dalam proses
transesterifikasi minyak nabati untuk menghasilkan biodiesel seperti oksida logam
alkali tanah, logam alkali yang didukung oleh alumina dan Zeolit.
Katalis
basa
heterogen
mempunyai
banyak
keuntungan
dalam
penggunaannya. Katalis ini tidak korosif, ramah lingkungan dan katalis tidak akan
menimbulkan masalah yang baru.
Penggunaan CaO sebagai katalis basa heterogen dalam proses transesterifikasi
memiliki banyak keuntungan seperti
- Aktivitas katalisnya yang tinggi
- Kondisi reaksi yang sederhana
- Waktu penggunaan katalis yang lama
- Biaya katalis yang murah dan mudah didapat. (Liu, 2007)
Universitas Sumatera Utara
2.7.2 Katalis MgO
Magnesium adalah salah satu unsur yang paling luas penyebarannya dan merupakan
1,9 % dari kerak bumi. Biasanya magnesium terdapat dalam bentuk klorida, silikat,
hidrat, oksida, sulfat atau karbonat.
Semua unsur golongan II A jika dibakar dengan oksigen membentuk oksida
(MO). Salah satu contohnya adalah MgO. MgO diperoleh dari pemanasan MgSO4 dan
MgCO3.
MgSO4
MgCO3
8950 C
MgO
+
SO3
5400 C
MgO
+
CO2
Bila magnesium karbonat atau hidroksida dipanaskan terbentuklah magnesium
oksid. Oksida ini dapat digunakan untuk bermacam tujuan misalnya vulkanasi karet,
sebagai bahan untuk membuat berbagai senyawa magnesium lainnya, sebagai bahan
refraktori dan sebagai abrasif. Magnesium oksida juga banyak dipakai dalam sistem
pengendalian pencemaran untuk menyingkirkan sulfur dioksida dari gas cerobong
asap. (Austin,1996)
Universitas Sumatera Utara