Rinaldy (1309065032) Pembuatan Iodine dari Brine

Bagus Kurniadi (1309065003)
Rinaldy (1309065032)
Pembuatan Iodine dari Brine Dengan Metode Blowing-Out Process
Iodine
Pada 1811, ahli kimia Perancis Barnard Courtois menemukan bahwa uap berwarna ungu dengan
bau yang kuat dihasilkan saat memproduksi niter dari abu rumput laut dan ketika uap didinginkan,
uap berwarna ungu tersebut berubah menjadi serpihan berwarna hitam keunguan seperti kristal
yang memiliki kilap logam. Teman Courtois, yang dipercayakan dengan penelitian material yang
tidak diketahui ini, mengumumkan hasilnya di jurnal Annales de Chimie pada tanggal 9 Desember
1813. Pada tahun berikutnya, 1814, berdasarkan hasil penelitian Joseph Louis Gay-Lussac, hal itu
menjelaskan bahwa bahan ini adalah unsur kimia yang mirip dengan klorin. Iodine dinamai
“iodes”, yang berarti violet atau ungu dalam bahasa Yunani. Produksi industri dimulai pada tahun
yang sama, dan pada tahun 1816 Iodine digunakan sebagai agen sterilisasi medis.
Sifat Fisik dan Kimia Produk :
Iodine
a. Sifat Fisik
Lambang
Massa atom
Kategori unsur
Golongan, periode, blok
Berat atom standar
Konfigurasi elektron
Jari-jari atom
Jari-jari kovalen
Jari-jari ionik
Elektronegativitas
Afinitas elektron
Entalpi ionisasi
Energi ionisasi
:I
: 129.9044
: Halogen
: 17 (halogen), 5, p
: 126.90447
10 2
5
: [Kr] 4d 5s 5p
2, 8, 18, 18, 7
: 140 pm
: 139 ± 3 pm
: 220 pm
: 2.66 (skala Pauling)
: 301 kJ mol-1
: 1015 kJ mol-1
1 : 1015 kJ mol-1
2 : 1852 kJ mol-1
3 : 3200 kJ mol-1
Sifat Fisik Iodine Dalam Fase Padat
Solid phase
Densitas (298 K)
Densitas (333 K)
Indeks bias
Titik leleh
Titik didih
Triple point
: 4.94 g cm-3
: 4.866 g cm-3
: nd20 3.34
: 387 K, 144oC, 236.66oF
: 457 K, 184oC, 363.7oF
: 386.65 K (113oC), 12.1 kPa
Titik kritis
Panas fusi (I2) pada titik leleh
Panas penguapan (I2) pada titik didih
pada 298 K
Kapasitas panas molar (I2)
Tekanan uap
(rhombic)
Tekanan uap
Jari-jari Van der Waals
Resistivitas listrik
Konduktivitas termal
: 819 K, 11.7 MPa
: 7.9 kJ mol-1
62.17 J g-1
: 41.57 kJ mol-1
: 23.0 kJ mol-1
: 53.3 J mol-1 K-1
:1
10
100
1k
260 282
309
342
o
: 0.031 kPa (25 C)
9.17 kPa (113.6oC)
: 198 ppm
: 1.3 x 107 Ωm (0oC)
5.85 x 106 Ωm (25oC)
8.33 x 105 Ωm (110oC)
: 0.45 W m-1 K-1
10k
381
100k (Pa)
457 (K)
Sifat Fisik Iodine Dalam Fase Cair dan Gas
Liquid phase
Titik didih
Temperatur kritis
Tekanan kritis
Faktor kompresibilitas kritis
: 184oC
: 546oC
: 11.7 MPa
: 0.268
Densitas
d120
d180
Resistivitas listrik pada 140oC
Viskositas kinematik pada 116oC
pada 184oC
Viskositas dinamik pada 116oC
pada 184oC
Konstanta dielektrik pada 118oC
Panas penguapan pada titik didih
Panas spesifik pada 113.6-184oC
: 3.96 g cm-3
: 3.736 g cm-3
:: 0.5727 mm2 s-1 (=cst)
: 0.3785 mm2 s-1 (=cst)
: 2.268 m Pa.s
: 1.414 m Pa.s
: 11.08
: 164.46 J g-1
: 0.3163 J g-1 K-1
Gaseous phase
Berat jenis uap pada 101.3 MPa 185oC
Entropi pada 298.2 K
Panas spesifik 25-1200oC
: 6.75 g l-1
: 260.63 J K-1 mol-1
: 0.1464 J g-1 K-1
b. Sifat Kimia
 Jika Iodine bereaksi dengan amilum, Iodine dapat merubah warna larutan amilum menjadi
biru tua.
 Bereaksi dengan Hidrogen dalam reaksi reversibel untuk memberikan Asam Iodat.
 Bereaksi dengan logam alkali untuk memberikan Iodida.
 Bereaksi dengan halogen lain untuk membentuk senyawa antar-halogen jenis IX, IX3, IX5
dan IF7, di mana X = F, Cl, Br.
 Bereaksi dengan Kalium Iodida untuk membentuk Kalium Iodat (KI3).
 Merupakan reduktor yang kuat.
 Sukar larut dalam air.
 Jika bereaksi dengan air akan menghasilkan Asam Iodat (HI) dan membebaskan oksigen
(HIO).
 Memiliki kekuatan asam halida (HI) yang paling besar dibandingkan dengan asam halida
dari unsur halogen yang lainnya.
Brine
Brine adalah larutan garam dalam air. Nama air garam berdasarkan tingkat konsentrasi garam
terlarut:
Tabel 1. Water Salinity based on dissolved salt
Fresh
Brackish Saline
Brine
Water
Water
Water
< 0.05%
0.05-3%
3-5%
> 5%
Natural brine adalah air dengan tingkat konsentrasi konstituen (elemen, ion, dan molekul) yang
sangat tinggi. Brine memiliki kandungan garam lima kali lebih banyak dibandingkan dengan
kandunagn garam pada air laut. Berikut adalah perbandingan komposisi brine dengan air laut pada
beberapa daerah di Jepang:
Tabel 2. Selected Chemical Composition of Iodine-accumulated brine in Japan
Na+
K+
Ca2+
Mg2+
NH4+
Cl-
Nakajo
mg/kg
12,760
163
317
93
178
19,400
HCO3IBrSO42pH
Temp.
(oC)
a
Total CO2
836
85
134
16
Niigata
mg/l
mg/l
9,070
480
800
310
420
480
120
150
19,2
14,000
90
290a
770
67
40
107
90
7.7
74
59.8
Minami-Kanto
mg/l
mg/l
mg/l
10,000 11,700 10,900
300
360
358
190
210
262
500
510
364
120
280
198
18,00019,900 19,470
19,500
1000
1,280
710
110-130
110
93
120
160
122
0
0
0
7.7
7.7
7.6
Sadowara
mg/l
11,320
51
610
955
56
Okinawa
mg/l
12,400
42
577
221
63
Seawater
mg/kg
10,500
380
400
1,270
19,013
20,020
18,980
196
80
132
7.3
194
110
93
0.75
7.5
140
0.06
65
2650
8.2
45.0
49.0
Tiga sumber utama dari brine adalah gua-gua subsurface, danau garam (misalnya, Great Salt Lake,
Laut Mati, Salton Sea), dan air laut asin.
Oil-Field Brine
Natural brine biasanya ditemukan di kedalaman di bumi, tetapi mereka juga ditemukan di
permukaan bumi, terutama sebagai produk sampingan dari sumur uji dan sumur produksi minyak
dan gas; maka mereka dikenal sebagai Oil-Field Brine. Seperti minyak bumi dan gas, brine dapat
diproduksi dalam jumlah besar. Di ladang minyak yang telah berproduksi untuk jangka waktu yang
lama, seperti di pusat dan barat Texas, sumur dapat menghasilkan ratusan barel air garam untuk
setiap barel minyak.
Pembentukan natural brine
Pada kebanyakan batuan sedimen (tempat geologi yang paling umum untuk minyak dan gas),
sedimen dan batu terbentuk pada lingkungan air laut yang kemudian air laut tersebut tergabung ke
dalam pori-pori dan celah lainnya.
Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku :
Brine (air garam)
a. Sifat Fisik
Bentuk fisik dan tampilan
Bau
Titik didih
Kelarutan (H2O)
Warna
pH
Titik beku
Specific Gravity
: Encer/cairan keruh
: Tidak berbau
: >100oC (>212oF)
: Larut
: Jernih (putih)
: 6.5-8.5
: -10oC (14oF)
: 1.2 pada 15oC (60oF)
b. Sifat Kimia
 Dapat menyebabkan korosi pada logam jika kontak dengan logam berkepanjangan.
 Tidak mudah terbakar
Proses Pembuatan Iodine dari Brine Dengan Metode Blowing-Out
Proses Blowing-Out (atau dikenal dengan air-stripping process) adalah metode dasar untuk
mengekstrak Iodine dari brine. Metode ini mengambil keuntungan dari sifat Iodine yang mudah
menguap dan cocok untuk pengolahan brine pada suhu tinggi. Pada mulanya, brine menjalani
proses skimming dan settling yang bertujuan untuk menghilangkan impurities (pengotor) seperti
minyak, clay, dan material lain yang tidak diinginkan. Brine dipompa dari sumur (kedalaman: 5002000 m) ke kolam untuk ditampung dan menghilangkan impurities (pengotor). Kemudian Klorin
ditambahkan ke dalam brine dimana proses oksidasi muncul dengan reaksi :
2HI + Cl2
I2 + 2HCl
Hal ini bertujuan untuk membebaskan Iodine. Iodine tetap berada di larutan yang kemudian
diekstrak dari brine dengan countercurrent air blowout process, yang mana Iodine bebas
dihilangkan dari larutan dengan cara diekspos ke volume udara yang lebih besar. Brine yang bebas
Iodine kemudian dibuang atau ditambahkan ke dalam kolam, untuk dikembalikan ke bentuk
semula; ini dilakukan untuk menjaga tekanan fluida dan membantu mencegah pengurangan
reservoir. Untuk Iodine yang kaya udara akan masuk ke dalam menara absorpsi yang mana uapnya
dimasukkan menuju cocurrent desorption process (proses desorpsi aliran searah). Kondisi proses
dipertahankan dengan menambahkan SO2 dan H2O. Reaksi reduksi Iodine menjadi Iodida :
I2 (air) + SO2 + 2H2O
2HI + H2SO4
Larutan Asam Iodida (HI) dan Asam Sulfat (H2SO4) disimpan di tempat penyimpanan sementara.
Ketika gas Klorin ditambahkan ke dalam larutan asam (HI) terjadi proses oksidasi dan kristalisasi
Iodine dengan reaksi :
2HI (air) + Cl2
I2 + 2HCl
Hasil proses adalah oxidized crystallizer liquor yang dikenal sebagai campuran air, Asam Sulfat,
Hydrochloric Acid, dan kristal Iodine. Langkah selanjutnya adalah memisahkan kristal Iodine
dengan cairan tersebut. Hal ini dilakukan dengan filtrasi batch, diikuti dengan vacuum drying dari
filter cake. Wet Iodine Filter Cake ditransfer ke Fusion Kettle. Asam Sulfat dikontakkan dengan
produk cair tersebut, untuk mengontrol kelembaban dan menghilangkan pengotor. Langkah
terakhir adalah mengubah Iodine menjadi serpihan (flake) dan butiran (prill). Hasil endapan Iodine
diumpankan ke Melting Tank, di mana endapan Iodine langsung dipanaskan dengan uap pada suhu
120oC, untuk memisahkan dari impurities (pengotor). Iodine cair dipindahkan ke tangki
penyimpanan Iodine untuk proses pengelupasan. Flaker terdiri dari dua drum silinder
berpendingin air yang terbuat dari paduan yang tahan terhadap korosi oleh Iodine. Iodine cair
mengalir ke trough dibentuk oleh drum-drum, dikristalisasi di dalam drum yang didinginkan, dan
kemudian Iodine yang mengkristal dikeluarkan dengan metode scraping. Serpih Iodine dikemas
dalam drum fiber yang dilapisi dengan kantong plastik (Gambar 1. dan 3.a). Proses pemurnian
yang alternatif adalah proses prilling. Iodine cair dimasukkan ke dalam menara prilling melalui
permukaan berlubang sehingga membentuk banyak aliran cair, yang berubah menjadi tetesan, dan
kemudian dipadatkan menjadi butiran (prills) oleh aliran balik arus udara dingin dan air yang
diatomisasi. Iodine dalam bentuk butiran dapat mengalir dan mudah untuk ditangani (Gambar 3.b).
Kemudian, serpihan (flake) dan butiran (prill) Iodine disiapkan dikemas untuk diperdagangkan.
Blowing-out Absorption
Tower
Tower
Crystallizer
Oxidant
Melter
Absorbing
Agent
Oxidant
Brine
Flaker
Pump
Waste Brine
Brine pit
Blower
Absorbed
Solution
Product
Gambar 1. Flowsheet Blowing-Out Process of Iodine From Brine
Gambar 2. Blowing-Out and Absorption Tower
(a)
(b)
Gambar 3. (a) Iodine (serpihan). Serpihan Iodine sangat murni dan mengandung kadar
air yang rendah. (b) Iodine (butiran). Butiran Iodine sangat mudah untuk ditangani dan
bebas dari debu.
Kegunaan dari Iodine
Kegunaan Iodine beberapa diantaranya adalah sebagai berikut :
a. Mencegah penyakit gondok
Pada umumnya wanita dan anak perempuan mempunyai kecenderungan lebih mudah terkena
penyakit gondok daripada laki-laki. Masa paling peka terhadap kekurangan Iodine terjadi pada
waktu usia meningkat dewasa (puber). Bila tubuh kekurangan Iodine, kadar tiroksin dalam
darah menjadi rendah. Kadar tiroksin yang rendah akan merangsang kelenjar pituitari untuk
memproduksi lebih banyak thyroid stimulating hormon. Hormon ini menyebabkan kelenjar
tiroid membesar karena jumlah dan ukuran sel-sel epitel membesar.
b. Sebagai obat antiseptik/Iodine tincture
Iodine tincture adalah cairan encer berwarna cokelat gelap dengan bau alkohol dan Iodine.
Berfungsi untuk membersihkan dengan cepat dan untuk membersihkan luka kecil bagian luar.
Kandungan Iodine tincture = 2,5% Iodine dalam alkohol.
c. Mencegah kretinisme
Kretinisme juga merupakan gejala kekurangan Iodine yaitu kekurangan di intrauterin pada
masa awal setelah bayi dilahirkan. Pertumbuhan bayi tersebut sangat terhambat, wajahnya kasar
dan membengkak, perut kembung dan membesar,kulitnya menjadi tebal, kering dan sering kali
mengeriput,lidahnya membesar bibirnya tebal dan selalu terbuka. Gejala-gejala awal kretinisme
tidak mudah dikenali sampai usia 3-4 bulan setelah lahir.
d. Sebagai identifikasi dalam pengecatan gram mikroorganisme
Iodine merupakan pewarna Mordan, yaitu pewarna yang berfungsi memfiksasi pewarna primer
yang diserap mikroorganisme target. Pemberian Iodine pada pengecatan Gram dimaksudkan
untuk memperkuat pengikatan warna oleh bakteri.
e. Sebagai indikator adanya kandungan pati (sakarida) pada sampel makanan
Pati yang berikatan dengan Iodine akan menghasilkan warna biru. Sifat ini dapat digunakan
untuk menganalisis adanya pati. Hal ini disebabkan oleh kandungan struktur molekul pati yang
berbentuk spiral, sehingga akan mengikat Iodine dan membentuk warna biru kompleks. Bila
pati dipanaskan secara spiral merenggang, molekul-molekul Iodine terlepas sehingga warna
biru hilang. Mekanismenya, larutan sampel diasamkan dengan HCl. Sementara itu, dibuat
larutan Iodine dalam larutan KI. Kemudian ditambahkan larutan sampel sebanyak 1 tetes ke
dalam larutan Iodine. Warna biru menunjukkan adanya kandungan pati pada sampel, sedangkan
warna merah menunjukkan adanya glikogen atau eritrodekstrin.
f. Sebagai identifikasi adanya kandungan lemak/minyak pada sampel
Beberapa uji kimia telah dilakukan untuk mengidentifikasi lemak. Semua lemak atau minyak
mempunyai bilangan-bilangan khas dalam suatu kisaran nilai. Karena itu diperlukan beberapa
uji untuk identifikasi salah satunha adalah dengan uji bilangan Iodine.
g. Mencegah Iodine Deficiency Disorders (gangguan akibat kekurangan Iodine) pada ibu hamil
Kekurangan Iodine ternyata tidak hanya berakibat pembesaran gondok saja. Bagi wanita
pasangan usia subur yang mengalami Iodine Deficiency Disorders (gangguan akibat
kekurangan Iodine) bisa mengakibatkan bayi yang dilahirkan mengalami retardasi mental, mata
juling, bisu-tuli, tangan dan kaki kaku. Akibat yang lebih parah, bayi yang dilahirkan bisa
memiliki kemampuan berfikir lebih rendah dibanding bayi yang dilahirkan ibu yang tak
mengalami kekurangan Iodine. Sebab, kemampuan IQ anak yang dilahirkan cuma seperlima
dari anak normal. Cara yang paling mudah mengatasi hal itu adalah setiap ibu pasangan usia
subur harus mengkonsumsi kapsul Iodine yang diminum sekali setahun.
h. Pewarna
Iodine merupakan zat pewarna dalam beberapa pewarna yang digunakan dalam makanan dan
bahan-bahan. Contohnya pewarna makanan telah digunakan dalam ceri, permen, minuman
ringan berkarbonasi, bubuk minuman, dan makanan hewan peliharaan, sedangkan pada industri
tekstil digunakan dalam pencelupan atau pencetakan kapas, setengah sutra, dan rami. Aplikasi
pewarna lainnya termasuk obat-obatan, kosmetik, tinta printer, dan sensitizer fotografi.
i. Penggunaan lainnya
Iodine juga digunakan dalam modifikasi selenium untuk membuat semikonduktor; dalam
pembuatan logam dengan kemurnian yang tinggi seperti Titanium, Zirkonium, Boron, dan
Hafnium; dalam produksi bahan bakar motor; dalam aditif baterai kering isi ulang; sebagai
inhibitor asap; dan sebagai penyemai awan untuk menginduksi curah hujan.
Daftar Pustaka
Brian dan Dasch, Julius. Brines, Natural. http://www.waterencyclopedia.com/Bi-Ca/BrinesNatural.html (diakses pada 24 Desember 2014).
Kaiho,Tatsuo (ed). 2014. Iodine Chemistry and Applications. New York: John Wiley and Sons.