PENENTUAN SUSUNAN CAMPURAN NaOH-Na2CO3 DAN PENENTUAN KADAR LARUTAN NH4Cl DENGAN CARA KJELDAHL

Teori Dasar Percobaan

1.      Penentuan Susunan Campuran NaOH-Na₂CO₃

Titrasi merupakan suatu metode untuk menentukan kadar suatu zat dengan menggunakan zat lain yang sudah diketahui konsentrasinya. Titrasi dibedakan berdasarkan jenis reaksi yang terlibat di dalam proses titrasi, sebagai contoh jika melibatkan reaksi asam basa maka disebut sebagai titrasi asam basa. Salah satu metode kimia analisa kuantitatif yang didasarkan pada prinsip titrasi asam-basa ini disebut asidimetri-alkalimetri. Namun, karena membingungkan, asidimetri-alkalimetri sebaiknya diartikan umum saja, yakni titrasi yang menyangkut asam dan basa (Harjadi 1986). Asidimetri-alkalimetri ini digunakan dalam perhitungan untuk menentukan kadar suatu zat berdasarkan perhitungan volume dengan larutan standar yang telah diketahui kadarnya dengan tepat (analisis volumetri) (Anonim 2000).  

Asidimetri-alkalimetri merupakan titrimetri yang melibatkan asam atau basa kuat sebagai titran. Titran yang umum digunakan adalah HCl dan NaOH, sedangkan titrat bisa merupakan asam (lemah, kuat, mono/polivalen), basa (lemah, kuat), garam (normal, asam), campuran asam, maupun campuran garam. Titik akhir titrasi ditentukan dengan menggunakan indikator pH, yaitu indikator yang berubah warna bila pH  lingkungannya berubah. Indikator pH yang tepat ialah indikator yang mempunyai trayek pH yang mencakup pH titik ekuivalen (TE) dan masih memotong daerah curam kurva titrasi.

Penentuan susunan campuran NaOH-Na₂CO₃ pada percobaan ini, diawali dengan standardisasi HCl. Standardisasi adalah suatu usaha untuk menentukan konsentrasi yang tepat dari calon larutan baku (Harjadi 1986). Standardisasi dilakukan dengan cara titrasi. Standardisasi secara titrasi ini menggunakan bahan pestandardisasian yaitu suatu bahan baku primer yang konsentrasi larutannya dapat langsung ditentukan dari berat bahan sangat murni yang dilarutkan. Larutan yang dibuat dari bahan baku primer dinamakan larutan baku primer. Larutan baku primer yang biasa digunakan adalah boraks (Na₂B₄O₇.10H₂O) untuk asam kuat dan asam oksalat kristal (COOH)₂.2H₂O untuk basa kuat (Harvey 2000).

2.      Penentuan Kadar Larutan NH₄Cl dengan Cara Kjeldahl

Penerapan cara asidimetri-alkalimetri yang paling jelas yaitu dalam penentuan zat-zat organik, anorganik, dan biologis yang tak terbilang jumlahnya, baik yang bersifat asam atau basa. Selain itu, yang tak kalah penting adalah penentuan yang didahului reaksi mengubah zat yang dianalisis menjadi asam atau basa yang kemudian dititrasi dengan basa atau asam baku (titrasi tak langsung). Beberapa unsur penting dalam organik dan biologis dapat ditentukan secara tidak langsung dengan titrasi asam-basa. Umumnya, unsur-unsur ini non metal. Salah satu contoh penting adalah penentuan unsur nitrogen dengan cara Kjeldahl. Analisis Kjeldahl adalah suatu metode titrimetri asam-basa untuk menentukan jumlah nitrogen pada senyawa organik. Cara ini terutama penting untuk penentuan kadar protein dan merupakan cara baku untuk biji-bijian, daging, dan bahan biologis lainnya.

Dasar penentuan unsur nitrogen dengan cara Kjeldahl ini yaitu, tahap pertama, bahan dioksidasi menjadi asam sulfat pekat panas sehingga hancur (tahap digestion). Tahap kedua yaitu destilasi, larutan ditambah basa kuat sehingga bereaksi, lalu didestilasi. Hasil destilasi ditampung dalam HCl baku dan dititrasi dengan NaOH baku untuk menentukan kelebihan asam. Menurut modifikasi Winkler, NH₃ (destilat) ditangkap dalam larutan asam borat yang tidak perlu diukur tepat jumlahnya. Garam amonium borat yang terbentuk inilah yang kemudian dititrasi dengan HCl baku (Harjadi 1986).

Tujuan Percobaan

Percobaan ini bertujuan untuk menentukan susunan campuran NaOH-Na₂CO₃ dalam suatu larutan campuran dan menentukan kadar larutan NH₄Cl dengan cara Kjeldahl.

 Prosedur Percobaan

1.      Penentuan Susunan Campuran NaOH-Na₂CO₃

Preparasi bahan baku primer boraks (Na₂B₄O₇); boraks sebanyak 0,953425 g ditimbang untuk membuat larutannya dengan konsentrasi 0,1000 N dan volume 50 ml yang akan digunakan dalam menstandardisasi HCl. Boraks yang telah ditimbang, dimasukkan ke dalam labu takar 50 ml dan ditera dengan akuades. Standardisasi HCl; 10 ml larutan baku primer boraks diambil dengan pipet volumetrik dan di masukkan ke dalam erlenmeyer, lalu ditambahkan 3 tetes indikator merah metil dan dititrasi dengan HCl. Titik akhir tercapai bila warna berubah dari kuning ke merah. Titrasi dilakukan 3 kali (triplo). Penentuan susunan campuran NaOH-Na₂CO₃; 10 ml larutan campuran NaOH-Na₂CO₃ dititrasi dengan HCl (menggunakan indikator fenolftalein) sampai warna tepat hilang, pemakaian HCl dicatat. Larutan campuran tersebut ditambah indikator jingga metil dan titrasi dilanjutkan sampai warna jingga, tambahan HCl yang diperlukan dicatat, dan titrasi dilakukan 3 kali (triplo).

2.      Penentuan Kadar Larutan NH₄Cl dengan Cara Kjeldahl

Penentuan kadar larutan NH₄Cl; 10 ml larutan contoh NH₄Cl dan 200 ml air destilata, dimasukkan ke dalam tabung untuk alat destilasi Kjeldahl. Alat destilasi Kjeldahl tersebut diuji dengan larutan blangko sebelum digunakan untuk destilasi pada larutan contoh NH₄Cl. Lalu, erlenmeyer diisi dengan 25 ml asam borat 4% dan 5 tetes merah metil. Larutan pada tabung ditambah 10 ml NaOH, kemudian dilakukan destilasi pada larutan tersebut. Ujung pipa penyalur destilat dimasukkan ke dalam erlenmeyer yang berisi asam borat yang telah ditetesi indikator merah metil. Destilasi dilakukan selama 5 menit. Kemudian, larutan dalam erlenmeyer (NH₄BO₂) dititrasi dengan HCl sampai terjadi perubahan warna.  

Hasil Percobaan

A.    Standardisasi HCl oleh Boraks (Na₂B₄O₇)

Hasil penimbangan Boraks           : 0,9535 gram

Bobot ekuivalen Boraks (BE)       : 191 g/mol

Normalitas Boraks                        :

Tabel 1   Hasil Titrasi HCl oleh Na₂B₄O₇

Ulangan	V. Na2B4O7 (ml)	V. HCl (ml)			[HCl] (N)
		Awal	Akhir	Terpakai
1	10,00	10,00	20,50	10,50	0,0950
2	10,00	0,00	10,35	10,35	0,0964
3	10,00	20,00	30,35	10,35	0,0964
Rerata				10,40	0,0959

Indikator yang digunakan : merah metil (MM)

Perubahan warna : dari kuning (basa) ke merah (asam)

Persamaan reaksi : 2HCl  +  Na₂B₄O₇  +  5H₂O                     2NaCl  +  4H₃BO₃

Contoh perhitungan :

Ulangan 1

V_boraks . N_boraks  =  V_HCl  .  N_HCl

                      =  99,16 %

B.     Penentuan Susunan Campuran NaOH-Na₂CO₃

Tabel 2  Titrasi Larutan Campuran NaOH-Na₂CO₃ oleh HCl 0,0959 N

Ulangan	Volume HCl (ml)		Konsentrasi NaOH (g/L)	Konsentrasi Na2CO3 (g/L)
	Volume Terpakai (PP)	Volume Terpakai (JM)
1	11,60	6,75	1,8605	6,8616
2	11,10	6,40	1,8029	6,5059
3	10,60	6,70	1,4960	6,8108
Rerata                11,10                         6,62			1,7198	6,7261

1.      Indikator yang digunakan : fenolftalein (PP)

Perubahan warna : dari merah muda ke tak berwarna

Persamaan reaksi :  NaOH  +  HCl                NaCl   +   H₂O

                                Na₂CO₃  +  HCl                 NaHCO₃  +  NaCl                            

2.      Indikator yang digunakan : jingga metil (JM)

Perubahan warna : dari kuning ke jingga

Persamaan reaksi :  NaHCO₃  +  HCl                  NaCl  +  H₂O  +  CO₂

Contoh Perhitungan :

Ulangan 1

Tabel 3  Titrasi Larutan Penampung oleh HCl dengan Indikator Merah Metil

	Volume HCl (ml)			Kadar N (g/L)
	Awal	Akhir	Terpakai
Blangko	0,00	0,05	0,05
Sampel 1	20,00	30,20	10,20	1,3627
Sampel  2	0,00	11,20	10,20	1,3627
Sampel 3	0,00	9,80	9,80	1,3090
Rerata				1,3448

Persamaan reaksi :

NH₄Cl  +  NaOH             NH₄OH  +  NaCl  

NH₄OH            NH₃  +   H₂O                                           (Destilasi) 

NH₃  +  HBO₂               NH₄BO₂                                     (Destilasi)

NH₄BO₂  +  HCl                 NH₄Cl  +  HBO₂                       (Titrasi) 

Indikator yang digunakan :  merah metil (MM)

Perubahan warna   :  merah (HBO₂)       kuning (NH₄BO₂)          merah (NH₄Cl  +  HBO₂)                  

Contoh Perhitungan :

1.      Penentuan Susunan Campuran NaOH-Na₂CO₃

Percobaan ini adalah menentukan susunan atau kadar campuran NaOH-Na₂CO₃ dengan cara titrasi asam-basa. Larutan NaOH-Na₂CO₃ ini dititrasi dengan HCl yang telah distandardisasi dengan larutan boraks. HCl harus distandardisasi terlebih dahulu karena HCl bukan standar baku primer      (standar baku sekunder) yang konsentrasinya belum diketahui secara pasti. Sebagai contoh, jika kita melarutkan HCl pekat dengan air, maka reaksi yang terjadi adalah eksotermis (menghasilkan panas), sehingga kita tidak bisa melarutkan tepat 100 ml karena labu ukur yang kita pakai akan memuai dan volume labu ukur akan lebih dari 100 ml. Volume labu ukur yang tidak  sesuai dengan volume sesungguhnya tersebut akan mempengaruhi konsentrasi larutan menjadi tidak tepat. Standardisasi HCl ini memakai indikator merah metil (MM). Merah metil mempunyai trayek pH antara 4,2 dan 6,2. Trayek pH antara 4,2 dan 6,2 ini sangat cocok untuk standardisasi HCl yang bersifat asam.

Boraks (Na₂B₄O₇) merupakan standar baku primer yang digunakan dalam standardisasi HCl ini memiliki kemurnian 100%, bersifat stabil pada suhu kamar, mudah didapatkan, dan memiliki berat molekul yang tinggi (untuk menghindari kesalahan relatif pada saat menimbang). Titrasi HCl oleh Na₂B₄O₇ dilakukan tiga kali ulangan (triplo), diperoleh konsentrasi rata-rata dari ketiga ulangan tersebut yaitu 0,0959 N. Titrasi larutan NaOH-Na₂CO₃ oleh HCl menggunakan indikator fenolftalein dan jingga metil. Titrasi ini melibatkan tiga persamaan reaksi :

                                             NaOH  +  HCl           NaCl   +   H₂O                     (1)

 Na₂CO₃  +  HCl                  NaHCO₃  +  NaCl     (2)

  NaHCO₃  +  HCl           NaCl  +  H₂O  +  CO₂     (3)

Reaksi (1) telah selesai pada waktu reaksi (2) terjadi. Titik akhir untuk reaksi (2) ditunjukkan dengan indikator fenolftalein, karena trayek pH larutan NaHCO₃ terletak di sekitar    pH = 8. Titik akhir reaksi untuk reaksi (3) ditunjukkan dengan indikator jingga metil, karena trayek pH larutan H₂CO₃ berada pada pH 4-5 (Harjadi 1986).

Volume rata-rata HCl (3 kali ulangan) yang didapat dari hasil titrasi larutan NaOH-Na₂CO₃ dengan indikator PP adalah 11,10 ml dan volume rata-rata HCl (3 kali ulangan) yang didapat dari hasil titrasi larutan NaOH-Na₂CO₃ dengan indikator JM adalah 6,62 ml. Volume HCl dengan indikator PP lebih besar dari volume HCl dengan indikator JM karena pada saat penggunaan indikator PP melibatkan dua reaksi yaitu reaksi antara HCl dengan NaOH dan reaksi antara HCl dengan Na₂CO₃. Volume HCl dengan indikator JM lebih kecil karena hanya melibatkan satu reaksi yaitu reaksi antara HCl dengan NaHCO₃.

Perhitungan kadar NaOH, volume NaOH yang digunakan adalah V_PP - V_JM, maka didapat kadar NaOH dalam campuran dari tiga ulangan adalah 1,8605 g/L, 1,8029 g/L, dan 1,4960 g/L. Perhitungan kadar Na₂CO₃, volume Na₂CO₃ yang digunakan adalah 2 V_JM, maka didapat kadar Na₂CO₃ dalam campuran dari tiga ulangan adalah 6,8616 g/L, 6,5059 g/L, dan 6,8108 g/L. Hasil tersebut menunjukkan bahwa kadar Na₂CO₃ dalam campuran NaOH-Na₂CO₃ lebih besar tiga kali lipat daripada kadar NaOH. Ketelitian yang didapat pada percobaan cukup tinggi yaitu 88,61 % dan 97,14 %. Namun, banyak kendala yang dihadapi praktikan dalam percobaan. Salah satunya adalah kesulitan dalam menentukan titik akhir titrasi.

2.      Penentuan Kadar Larutan NH₄Cl dengan Cara Kjeldahl

Penentuan kadar N pada larutan NH₄Cl pada percobaan ini menggunakan cara Kjeldahl. Cara ini terbagi dalam tiga urutan kerja, yaitu digesti, destilasi, dan titrasi. Akan tetapi pada percobaan ini, tahap digesti tidak dilakukan, sehingga langsung pada tahap destilasi. Destilasi dilakukan menggunakan alat Kjeldahl. Larutan NH₄Cl direaksikan dengan NaOH sebelum didestilasi sehingga menghasilkan NH₄OH dengan persamaan reaksi :

NH₄Cl  +  NaOH             NH₄OH  +  NaCl

 dan reaksi pada saat destilasi yaitu :

NH₄OH        NH₃  +   H₂O    

Berdasarkan reaksi tersebut dapat diketahui bahwa selama destilasi, akan terbentuk NH₃. NH₃ tersebut diikat dengan cara menyalurkan uapnya ke dalam erlenmeyer berisi asam borat yang telah ditetesi indikator merah metil, sehingga terjadi reaksi :

NH₃  +  HBO₂               NH₄BO₂

Fungsi indikator merah metil tersebut adalah sebagai tanda bahwa NH₃ telah bereaksi dengan HBO₂ menjadi NH₄BO₂. Reaksi tersebut ditunjukkan dengan berubahnya warna larutan pada erlenmeyer dari merah menjadi kuning.

Destilat (NH₄BO₂) kemudian dititrasi dengan HCl untuk menghitung kadar N berdasarkan persamaan reaksi :

NH₄BO₂  +  HCl               NH₄Cl  +  HBO₂       

Reaksi tersebut ditunjukkan dengan berubahnya warna larutan dari kuning menjadi merah. Indikator yang digunakan adalah merah metil (MM). Akan tetapi, hasil titrasi menunjukkan adanya perbedaan antara warna larutan sampel dengan warna larutan blangko. Hal ini terjadi karena sampel yang dipakai telah terkontaminasi zat-zat pengotor yang lain.

Perhitungan kadar nitrogen dari tiga sampel didapat masing-masing yaitu 1,3627 g/L, 1,3627 g/L, dan 1,3090 g/L. Ketelitian yang didapat pada percobaan cukup tinggi yaitu 97,69 %. Penjelasan di atas juga menyebutkan bahwa NH₃ diikat oleh asam borat. Percobaan dengan cara Kjeldahl yang sebenarnya, NH₃ diikat oleh HCl yang kemudian dititrasi dengan NaOH. Namun, dalam modifikasi Winkler, NH₃ ditangkap dalam larutan asam borat yang tidak perlu diukur tepat jumlahnya, dan dititrasi dengan HCl.    

Simpulan

 Berdasarkan hasil yang didapat dari dua percobaan, praktikan dapat menentukan susunan campuran NaOH-Na₂CO₃ dalam suatu larutan campuran dan menentukan kadar larutan NH₄Cl dengan cara Kjeldahl. Hal itu terbukti dengan ketelitian hasil perhitungan yang didapat cukup tinggi yaitu mendekati 100 %. Secara umum, dapat disimpulkan bahwa percobaan yang dilakukan praktikan adalah berhasil.

Daftar Pustaka

[Anonim]. 2000. Analisis Kuantitatif. [terhubung berkala]. http://igbondan.files.wordpress.com.  (12 Desember 2009).

Harjadi W. 1986. Ilmu Kimia Analitik Dasar. Jakarta : Gramedia.

Harvey D. 2000. Modern Analytical Chemistry. Singapore : The McGraw-Hill Companies.