PEMBUATAN NATRIUM BIKARBONAT

Natrium bikarbonat atau soda kue (baking soda) dibuat dari larutan jenuh soda abu yang diberi C O2 di dalam menara kontak pada suhu 40oC. Suspensi bikarbonat yang terbentuk kemudian dikeluarkan dari dasar menara, disaring dan dicuci di dalam filter daun 70oC. Bikarbonat yang dibuat dengan cara ini mempunyai kemurnian 99,9%. Natrium bikarbonat sangat banyak dipakai di dalam industri makanan, pada pembuatan karet, dalam Aberbagai pemakaian kecil yang amat beragam. Kapasitas produksi di Amerika Serikat adalah 250.000t/tahun pada tahun 1980.

Daerah Piceance Basin di Colorado mempunyai lapisan nahkolit (Natrium Bikarbonat alam) di antara endapan-endapan serpih minyak yang terdapat disitu. Dewasa ini adalah suatu proyek yang mengusahakan pemulihan bahan ini melalui penambangan kering di bawah tanah. Bahan mentah hasil tambang dapat langsung digunakan untuk pembasuh gas cerobong guna menyingkirkan karbondioksida atau sebagai aditif dalam pakan ternak.

ANEKA ALKALI

Alkali berbagai ragam dan konsentrasi banyak dipakai dalam industri sesuai dengan kandungan NaOH, Na2CO3, atau NaHCO3 di dalamnya. Beberapa diantaranya merupakan campuran mekanik, misalnya soda abu kaustisasi (causticized soda ash) yaitu soda abu yang mengandung 10% sampai 50% kaustik untuk pencucian botol; dan pembersihan logam; dan soda modifikasi (modified soda), yaitu soda abu dengan 25% sampai 75% NaHCO3, untuk alkali tidak terlalu keras sebagaimana dibutuhkan pada industri penyamakan. Natrium Seskuikarbonat atau mineral trona alami, sangat stabil dan dapat

digunakan tanpa modifikasi. Bahan ini digunakan dalam pengolahan wol dan dalam perpenatuan. Sal soda (Na2CO3 10H2O) juga dikenal sebagai soda cuci atau kristal soda. Bahan ini cenderung melepaskan air ke udara pada waktu penyimpanan sehingga rupanya pun berubah dengan cepat.

PEMBUATAN KLOR DAN SODA KAUSTIK

Klor dan soda kaustik dibuat hampir seluruhnya dari elektrolisis larutan akua logam alkali klorida atau dari klorida lebur. Elektrolisis larutan garam menghasilkan klor pada anode dan hidrogen bersama alkali hidroksida pada katode. Jika klor dan alkali hidroksida yang diinginkan sebagai produk akhir, rancang sel harus dibuat sedemikian rupa sehingga kedua bahan itu tidak dapat bercampur . Dewasa ini terdapat berbagai rancang yang cerdik untuk mengatasi masalah tersebut. Tetapi ada 3 jenis rancang sel yang paling banyak dipakai diindustri yaitu sel diagfragma, sel membran, dan sel raksa. Masing-masing mempunyai beberapa variasi pula.

REAKSI DAN PERUBAHAN ENERGI

Voltase Dekomposisi dan Efisiensi Voltase. Energi yang dikonsumsi pada waktu elektrolisis air garam adalah hasil kali antara arus yang mengalir dan potensial sel. Voltase teoritis atau voltase minimum yang diperlukan dalam proses itu dapat diturunkan dari persamaan Gibbs-Helmholz, yang menunjukkan hubungn antar energi listrik dan kalor reaksi pada suatu sistem.

E = -J∆H/ nF + TdE/dT

Dengan E = Voltase dekomposisi teoritis

∆H = Perubahan entalpi kalor

J = Kesetaraan listrik kalor

T = Suhu Absolut

F = Teteapan Faraday

n = Jumlah Ekuivalen yang terlibat

Kalor reaksi pada elektrolisis garam bisa didapatkan dari kalor pembentukan komponen-komponen reaksi menyeluruh, yaitu :

NaCl (ag) + H2O (l) NaOH (aq) + ½ H2(g) + ½ Cl2 (g)

Reaksi ini dapat dipecah-pecah menjadi beberapa reaksi pembentukan sebagai berikut :

Na (s) + ½ Cl2 (g) NaCl (g) ∆H = 407 kJ

H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (l) ∆H = 286 kJ

Na (s) + ½ O2 (g) + ½ H2 (g) NaOH (g) ∆H = 469 kJ

∆H Neto dari reaksi menyeluruh adalah

+407 + 286 – 469 = 224 kJ

Bila ini di substitusikan ke dalam persamaan Gibbs-Helmholz dan perubahan voltase sebagai akibat perubahan suhu diabaikan, maka diperoleh nilai E sebesar 2,31 V. Pengabaian T. dE/dT ini hanya menyebabkan kesalahan kurang dari 10 persen pada kebanyakan sel.

Rasio antara voltase teoritis ini dengan voltase yang sesungguhnya diperlukan disebut efisiensi voltase sel itu. Efisiensi voltase berkisar antara 60 sampai 75 persen. Menurut hukum Faraday, listrik sebanyak 96.000 C yang mengalir melalui sel menghasilkan 1 gram ekuivalen reaksi Kimia pada masing-masing elektrode. Oleh karena adanya reaksi sampingan, sel ini biasanya memerlukan listrik lebih banyak lagi. Rasio arus listrik teoritis terhadap arus listrik yang pada kenyataannya dikonsumsi didefenisikan sebagai efisiensi arus. Efisiensi arus berkisar antara 95-97% dan kecuali dinyatakan lain, biasanya berarti efisiensi arus katode. Arus dibagi dengan luas bidang tempat arus itu bertindak disebut densitas arus. Densitas arus ini sebaiknya besar. Hasil kali antara efisiensi voltase dan efisiensi arus adalah efisiensi energi sel itu. Selain dari itu perlu pula dipertimbangkan efisiensi dekomposisi, yaitu rasio antara ekuivalen yang dihasilkan di dalam sel terhadap ekuivalen yang diumpankan. Pada sel komersial yang biasa, efiensiensi dekomposisi ini berkisar antara 60 sampai 65 persen. Beberapa sel membran yang lebih baru dan lebih besar mempunyai efisiensi setinggi 75 sampai 80 persen. Sel diafragma yang dicoba mengoperasikannya untuk mendapatkan efisiensi dekomposisi tinggi menemui kesulitan berhubung adanya migrasi ion hidroksil kembali ke anode, sehingga terjadi pembentukan ion hipoklorit. Ion hidroksil terdekomposisi pada anode menurut reaksi :

2OH- H2O + ½ O2 + 2e

Oksigen yang terbentuk bereaksi dengan grafit yang digunakan sebagai anode, sehingga memperpendek umur anode. Dalam sel yang menggunakan anode logam, oksigen ini tidak bereaksi.

JENIS-JENIS SEL. Hingga beberapa tahun terakhir ini terlihat seakan-akan sel raksa

akan berhasil menguasai bidang ini mengingat bahwa sel ini dapat menghasilkan produk bermutu tinggi dan dapat mengurangi kebutuhan akan evaporasi. Namun ada saja kesulitan yang tidak diperkirakan sebelumnya yang muncul. Raksa yang terbuang masuk ir, walaupun

sangat kecil jumlahnya, ternyata merupakan sumber metil merkuri yang menjadi penyebab penyakit yang amat mengerikan pertama kali terlihat pada anak-anak Jepang. Hal ini menyebabkan kadar raksa yang diperbolehkan untuk dibuang ke dalam air atau udara sangat kecil dengan anode titanium yang stabil dimensi ekarang tampaknya sdang berkembang ke arah menguasai bidang ini. Dalam industri yang bergerak lamban ini, perubahan pn berlangsung perlahan-lahan. Pada tahun 1979, 50 persen produk dunia berasal dari sel raksa dan 49 persen dari sel diagfragma. Di Amerika Serikat, 74,3% pabrik menggunakan sel diagfragma dan 20,3% menggunakan sel raksa. Di Jepang ditetapkan bahwa seluruh sel raksa harus sudah digantikan dengan jenis lain pada tahun 1984 dan untuk penggantinya pilihan agaknya tertuju pada penggunaan sel membran.

Tidak ada perangsang perkembangan proses yang lebih hebat dari persaingan diperkirakan bahwa sel raksa dan sel diagfragma akan segera menghasilkan perbaikan di masa mendatang.

SEL DIAFRAGMA

Sel diafragma mempunyai satu diafragma, biasanya terbuat dari serat asbes, yang memisahkan anode dari katode. Dengan demikian ion dapat berpindah karena migrasi listrik, tetapi difusi produknya terhalang. Anodenya biasanya terbuat dari grafit, katode dari besi tuang. Diafragma itu kemudian tersumbat karena pemakaian dan ini akan terlihat dari meningkatnya penurunan voltase dan tekanan hidrostatik pada umpan air garam. Diafragma itu harus diperbaharui secara berkala. Diafragma itu memungkinkan air gram mengalir dari anode ke katode dan dengan demikian menghentikan atu mengurangi sekali reaksi sampingan (misalnya pembentukan natrium hipoklorit). Sel yang menggunakan katode logam (titanium yang dilapisi dengan oksida tanah langka, (rare earth), platina atau logam mulia atau oksidanya) jarnang menyebabkan diafragma tersumbat, sehingga sel itu dapat beroperasi selama 12 sampai 24 bulan tanpa memerlukan penggantian diafragma. Diharapkan bahwa diafragma yang terbuat dari plastik yang tahan korosi akan dapat memperpanjang umur pakainya dan dapat mengatasi keberatan para pecinta lingkungan mengenai adanya diafragma monopolar yang modern . Dan pada gambar 13.4 sebuah ruang sel.

Suatu segi yang paling menguntungkan mengenai sel diafragma adalah bahwa sel itu dapat beroperasi dengan air garam encer (20%) yang kurang murni. Air garam encer itu menghasilkan natrium hidroksida encer pula yang tercemar dengan natrium klorida (biasanya 11% NaOH dan 15% NaCl) sebagai produk. Untuk pengiriman, larutan itu perlu dipekatkan terlebih dahulu, biasanya sampai 50% dan ini menelan banyak energi, biarpun dengan mengggunakan evaporator efek ganda. Untuk menghasilkan satu ton kaustik 50%, air yang diuapkan mencapai 2600 kg. Walaupun garam tidak terlalu larut dalam larutan kaustik, ion klorida yang masih tertinggal sedikit itu masih tidak dapat diterima bagi beberapa industri pemakainya (misalnya dalam pembuatan rayon). Natrium klorat juga merupakan masalah bila kaustik itu hendak digunakan dalam pembuatan gliserin, pentaeritritol, natrium sulfat, natrium hidrosulfat, selofan dan berbagai bahan kimia lainnya. Reduksi katalitik dengan hidrogen dapat digunakan untuk menyingkirkan tanpa harus kembali pada ekstraksi amonia.

SEL MEMBRAN

Sel membran menggunakan membran semi permeabel untuk memisahkan kompartemen anode dari katode. Dengan menggunakan sel diafragma, migrasi balik ion-ion itu dikendalikan oleh laju aliran fluida melalui diafragma dan ini diatur dengan mengendalikan tinggi permukaan zat cair didalam kedua kompartemen itu secara teliti. Dlam sel membran, kedua sel itu dipisahkan denan lembaran plastik yang aktif kimia, yang dapat melewatkan ion natrium, tetapi menolak ion hidroksil. Beberapa jenis polimer sudah ada yang dikembangkan untuk menampung tugas yang sulit ini. DuPont mengembangkan polimer asam perfluorosulfonat (Nafion) sedang Ashai menggunakan membran berlapis banyak terdiri dari polimer asam perfluorokarboksilat. Tujuan membran itu ialah untuk mencegah ion OH- dan Cl- masuk ke kompartemen anode dan dengan demikian produknya mengandung gara lebih rendah daripada sel diafragma. Sel membran beroperasi dengan menggunakan air garam yang lebih pekat dan menghasilkan peroduk yang lebih murni dan lebih pekat (28% NaOH yang mengandung 50ppm NaCl; dan produk dengan 40% NaOH pun

akhir-akhir ini dikabarkan ada). Dari produk itu hanya perlu diuapkan 715 kg air untuk menghasilkan satu ton metrik kaustik 50% dan hal ini merupakan suatu penghemat besar. Oleh karena kesulitan dan biaya pemekatan dan pemurnian cukup besar, hanya sel diafragma yang besar-besar saja yang cuku layak untuk didirikan. Sel membran yang menghasilkan NaOH yang agak pekat membuka kemungkinan untuk penggunaan pemakaian kaustik dan dengan demikian menghemat biaya pengangkutan. Unit-unit kecil yang efisien dapat menimbulkan revolusi dalam penebaran lokasi industri klor alkali, lebih-lebih jika efisiensi pada unit kecil ini masih cukup tinggi. Pada tahun 1982 unit membran berukuran komersial belum ad yang beroperasi di Amerik Serikat.

Secara serius pernah disarankan bahwa suatu pabrik gabungan yang menggunakan keluaran dari sel mebran sebagai umpan sel diafragma dapat menghasilkan kombinasi yang optimum dari kedua jenis itudan secara menyeluruh akan menurunkan biaya. Gabungan itu pernah dicoba dengan sel raksa yang mengumpankan keluarannya ke sel diafragma. Membran lebih mudah runtuh dibandingkan dengan diafragma, sehingga sebagian penghematan yang dicapai akan hilang lagi karena umpan air garam itu terpaksa diolah terlebih dahulu untuk membuang kalsium dan magnesium sebelum elektrolisis.

Suatu sel membran yang besarnya 20 kali lebih besar dari sel-sel sebelumnya sudah ada yang ditawarkan (1981). Unit sel seperti itu dapat menghasilkan 240 t klor pertahun, dan konsumsi tenaga listriknya jauh dibawah sel raksa atau sel diafragma. Sebuah sel dwi kutub akan mampu menghasilkan 20.000 t/tahun dengan densitas arus 4 kA/m2.