BUKU PENGAYAAN KIMIA HIDROLISIS GARAM DALAM PERSPEKTIF STEM -IDA ROSIANAUniversitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta Jl. Ir. H. Juanda No.95 Ciputat 15412, Jakarta-Indonesia Wesite : www.uinjkt.ac.id 2022
HIDROLISIS GARAM DALAM PERSPEKTIF STEM Penulis : IDA ROSIANA Email: [email protected] Editor: Ida Rosiana Dibimbing Oleh: Buchori Muslim, M.Pd. Dedi Irwandi, M.Si. Validator Materi: Evi Sapinatul Bahriah, M.Pd. Dr. Ir. Hj. Siti Suryaningsih, M.Si. Validator Media: Rizqy Nur Solihat, M.Pd. Tonih Feronika, M.Pd. Ridha Muslimah, M.Pd. Desain sampul: Ida Rosiana Ukuran Buku: A4(21 cm × 29,7 cm) Program Studi Pendidikan Kimia Jurusan Pendidikan Ilmu Pengetahuan Alam Fakultas Ilmu Tarbiyah dan Keguruan Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta 2022
Kata Pengantar i KATA PENGANTAR Bismillahirrahmanirrahim, Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT. yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang. Atas rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan buku pengayaan kimia berbasis STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematic) yang berjudul “HIDROLISIS GARAM DALAM PERSPEKTIF STEM” dengan baik. Shalawat serta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW. beserta keluarganya, para sahabatnya, dan orangorang yang senantiasa selalu mengharap syafatnya sampai akhir zaman. Buku ini berisi materi mengenai aplikasi materi hidrolisis garam, yang disusun dengan 4 (empat) komponen STEM yang terdiri atas sains, teknologi, rekayasa dan matematika. Harapan dibuatnya buku pengayaan ini yaitu dapat membantu siswa-siswi SMA sederajat dalam menambah wawasan ilmu pengetahuan dalam bidang kimia khususnya materi hidrolisis garam yang terintegrasikan dengan STEM. Ucapan terimakasih yang sebesar – besarnya penulis tujukan kepada Bapak Buchori Muslim, M.Pd; Bapak Dedi Irwandi, M.Si; selaku dosen pengampu yang telah membimbing penulis dalam menyelesaikan buku ini. Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada orangtua, sanak saudara, dan teman – teman Pendidikan Kimia 2016 serta semua pihak yang telah membantu dalam proses penyusunan buku ini. Penulis menyadari bahwa buku pengayaan kimia berbasis STEM ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun senantiasa penulis nantikan. Kekurangan yang ada dalam buku ini semata – mata adalah milik penulis. Penulis berharap dapat memberikan manfaat bagi pembaca terkait ilmu kimia terintegrasi STEM. Jakarta, Desember 2022 Penulis
ii Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM KI (Kompetensi Inti): 3. Memahami, menerapkan, menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural. 4. Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, dan mampu menggunakan metode sesuai kaidah keilmuan. KD (Kompetensi Dasar) 3.11 Menganalisis kesetimbangan ion dalam larutan garam dan menghubungkan pH-nya 4.11 Melaporkan percobaan tentang sifat asam basa berbagai larutan garam KI dan KD
Indikator Buku Pengayaan iii ANALISIS INDIKATOR BUKU PENGAYAAN BERBASIS STEM PENGEMBANGAN BUKU PENGAYAAN BERBASIS STEM PADA MATERI HIDROLISIS GARAM Kompetensi Dasar 3 Kompetensi Dasar 4 3.11 Menganalisis kesetimbangan ion dalam larutan garam dan menghubungkan pH-nya 4.11 Melaporkan percobaan tentang sifat asam basa berbagai larutan garam Indikator Pembelajaran Indikator Buku Pengayaan Sub-Materi Komponen STEM Menjelaskan konsep Hidrolisis Garam Menjelaskan pengertian Hidrolisis garam Hidrolisis garam Sains (Science) Menentukan garam yang mengalami hidrolisis sebagian (parsial), hidrolisis total dan tidak terhidrolisis Hidrolisis garam asam kuat-basa kuat (tidak terhidrolisis) Hidrolisis garam asam kuat – basa lemah (hidrolisis parsial) Hidrolisis garam asa lemah-basa kuat (hidrolisis parsial) Hidrolisis garam asam lemah-basa lemah (hidrolisis sempurna) Menganalisis jenis, sifat larutan garam dan pH garam Menganalisis jenis-jenis larutan garam berdasarkan asam-basa penyusunnya Garam bersifat asam Garam bersifat basa Garam bersifat netral Menuliskan reaksi hidrolisis garam dari berbagai macam produk Menuliskan reaksi hidrolisis garam dari sabun Menuliskan reaksi hidrolisis garam dari tawas Menuliskan reaksi hidrolisis garam dari pupuk Indikator Buku Pengayaan
iv Hidrolisi Garam dalam Perspektif STEM Menuliskan reaksi hidrolisis garam dari garam dapur Menuliskan reaksi hidrolisis garam dari monosodium glutamat Mengalisis konsep perhitungan pH garam Mengalisis konsep perhitungan pH garam terhidrolisis total Mengalisis konsep perhitungan pH garam terhidrolisis sebagian/parsial Mengalisis konsep perhitungan pH garam tidak terhidrolisis Menganalisis senyawa garam yang terdapat dalam produkproduk tertentu Menganalisis jenis pupuk kimia yang ada di Indonesia (pupuk DAP, pupuk ZA, dan pupuk TSP) Menganalisis prinsip pupuk dalam proses penyuburan tanah Menganalisis jenis-jenis pupuk kimia yang digunakan para petani di Indonesia Menganalisis jenis/sifat garam yang terdapat dalam pupuk Menganalisis sabun sebagai garam basa Menguraikan sejarah sabun dari masa ke masa Menguraikan karakteristik dan sifat garam dalam sabun (sabun cuci pakaian yang mengandung garam Natrium stearat (CH3(CH2)16COONa)) Menganalisis tawas sebagai bahan untuk penjernihan air Menganalisis senyawa garam yang terdapat dalam tawas (Al2(SO4)3) Menganalisis garam dapur (NaCl) Menguraikan karakteristik dan sifat garam dapur NaCl Menganilisis Konsep pH garam NaCl Menganalisis Monosodium Glutamat (C₅H₈NO₄Na) pada makanan Menguraikan karakteristik dan sifat dari Monosodium Glutamat (C₅H₈NO₄Na)
Indikator Buku Pengayaan v Merancang percobaan salah satu aplikasi hidrolisis garam dalam kehidupan sehari-hari Menyajikan proses pembuatan pupuk kimia (pupuk DAP, pupuk ZA, dan pupuk TSP) dalam skala industri Komponen dan Proses pembuatan pupuk kimia (pupuk DAP, pupuk ZA, dan pupuk TSP) Teknik (Engineering) Menyajikan proses pembuatan sabun Komponen dan proses pembuatan sabun Menyajikan proses pembuatan tawas skala industri Komponen dan proses pembuatan tawas Menyajikan proses pembuatan garam dapur (NaCl) dalam skala industri Komponen dan proses pembuatan garam dapur Menyajikan rancangan pembuatan berbagai macam produk dari garam Membuat pupuk organik dari kotoran hewan (Kelelawar Membuatan pupuk organik GUANO (kotoran kelawar) yang megandung ammonia, asam phospat, asam urat, asam oksalat, dan asam karbonat Technology (Teknologi) Membuat sabun dari minyak kelapa sawit Membuat sabun dari minyak kelapa sawit dengan menggunakan asam lemah berupa asam stearat dan basa kuat natrium hidroksida Membuat tawas dari limbah kaleng bekas Kompenen asam dan basa penyusun tawas yaitu Aluminum hidroksida /(Al(OH)3 dan Asam sulfat (H2SO4 ) Menyatakan pengukuran besaran terdapat dalam hidrolisis garam Menyatakan hubungan antara tetapan hidrolisis (Kh), tetapan ionisasi air (Kw), Konsentrasi OH- dan H + dalam larutan garam Tetapan hidrolisis (Kh) Tetapan ionisasi air (Kw) Matematika (Mathematic) Melakukan indentifikasi pH garam dengan menggunakan Mengidentifikasi pH larutan garam dengan menggunakan kertas lakmus, indikator Mengidentifikasi pH beberapa jenis garam seperti sabun, tawas, garam dapur, pupuk, dan
vi Hidrolisi Garam dalam Perspektif STEM berbagai indikator universal, dan atau ph meter penyedap rasa dengan menggunakan kertas lakmus, indikator universal, dan atau pH meter Menghitung pengukuran besaran yang terdapat dalam berbagai produk garam Menghitung pengukuran besaran yang terdapat dalam pupuk kimia Konsep perhitungan Ph garam yang tersusun dari basa lemah dan asam lemah Menghitung pH garam dari pupuk ZA yang terusun atas basa lemah dan asam kuat Menghitung pH garam dari pupuk TSP yang terusun atas asam lemah dan basa kuat Menentukan pengukuran besaran yang terdapat dalam pembuatan sabun Menghitung garam sabun yang tersusun atas asam lemah dan basa kuat. Menentukan bilangan penyabunan Menentukan jumlah busa Menghitung pengukuran besaran yang terdapat dalam pembuatan tawas Menghitung molaritas bahan baku dari tawas Mengitung pH tawas Menghitung mol masing2 komponen penyusun tawas (KOH dan H2SO4) Menghitung pengukuran besaran yang terdapat dalam garam dapur Perbandingan kualitas garam berdasarkan kandungan NaCl dan air Menghitung pengukuran besaran yang terdapat dalam MSG Penentuan penggunaan kadar MSG dalam makanan
Daftar Isi vii DAFTAR ISI KATA PENGANTAR i KI DAN KD HIDROLISIS GARAM ii INDIKATOR BUKU PENGAYAAN iii DAFTAR ISI vii BAB I : HIDROLISIS GARAM Pengertian Hidrolisis Garam 2 Jenis Hidrolisis Garam 2 Tetapan Hidrolisi Garam 5 pH Garam 6 BAB II : STEM Sejarah STEM 12 STEM di Indonesia 13 Komponen STEM 15 BAB III : HIDROLISI GARAM DALAM PERSPEKTIF STEM Hidrolisis Total Pupuk DAP 18 (Garam Diamonium fosfat)
viii Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM Hidrolisis Parsial Sabun 36 (Garam Natrium stearat) Tawas 63 (Garam Aluminium sulfat) MSG 81 (Garam Monosodium glutamat) Pupuk ZA 101 (Garam Amonium sulfat) Pupuk TSP 111 (Garam Kalsium dihidrogen fosfat) Tidak Terhidrolisis NaCl 124 (Garam Natrium klorida) GLOSARIUM 136 DAFTAR PUSTAKA 137 BIOGRAFI PENULIS 142
Pengertian Hidrolisis Garam Jenis-Jenis Hidrolisis Garam Tetapan Hidrolsis Garam pH Garam
2 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM Mengenal Hidrolisis Garam Kata hidrolisis berasal dari kata hidro yang berarti air dan lisis yang berarti membelah atau penguraian. Istilah hidrolisis biasa digunakan untuk reaksi suatu zat dengan air. Sedangkan garam adalah senyawa ionik yang terbentuk dari asam dan basa yang keduanya mengandung kation dan anion. Kation dan anion tersebut dapat bereaksi dengan air. Reaksi ini disebut dengan hidrolisis garam. Gambar 1.2 ilustrasi larutan asam,basa, garam Jenis-jenis Hidrolisis Garam Berdasarkan asam basa pembentuknya, garam terbagi menjadi empat jenis, yaitu garam yang terbentuk dari asam kuat dengan basa kuat, garam yang tebentuk dari asam kuat dengan basa lemah, garam yang terbentuk dari asam lemah dengan basa kuat, dan garam yang terbentuk dari asam lemah dengan basa lemah. 1) Garam yang berasal dari asam kuat dan basa kuat Air murni tersusun atas ion H3O + dan ion OH− yang sangat kecil dengan konsentrasi yang sama. Ketika garam yang berasal dari asam kuat dan basa kuat di larutkan dalam air, maka akan terionisasi sempurna menjadi ion dan kationnya. Contoh: NaCl, KNO3, Na2SO4 Gambar 1.2 garam dari asam kuat dan basa kuat Sumber: cholarzhub.com (a) Asam (b) Basa (c) Garam
Hidrolisis Garam 3 Garam-garam yang berasal dari kation basa kuat di dalam air tidak dapat menarik ion OH−, karena asam konjugat dari basa kuat tidak memiliki afinitas terhadap elektron (OH−) dibandingkan dengan molekul air. Demikian pula dengan anion dari asam kuat dalam air tidak dapat menarik proton (H +), karena basa konjugat dari asam kuat tidak memiliki afinitas terhadap proton (H +), basa konjugat ini merupakan basa konjugat lemah dari molekul air. Karena kation tidak bereaksi dengan ion OH− dari molekul air dan anion juga tidak bereaksi dengan ion H3O + dari molekul air, maka tidak mempengaruhi jumlah ion H3O + dan OH− dalam larutan, sehingga larutan tetap bersifat netral (pH = 7) karena [H +]=[ OH−]. Larutan tersebut tidak akan memerahkan lakmus biru dan tidak akan membirukan lakmus merah. 2) Garam yang terbentuk dari asam kuat dan basa lemah Garam yang berasal dari asam kuat dan basa lemah akan mengalami hidrolisis sebagian yaitu pada kationnya. Contohnya NH4Cl. Ion NH4 + bertindak sebagai asam konjugat yang relatif kuat dibanding air, sehingga berperan sebagai sumber proton. Garam yang kationnya merupakan asam konjugat dari basa lemah menghasilkan larutan yang bersifat asam (Sunarya, 2012). NH4 + (aq) + H2O(l) ⇌ NH3(aq) + H3O + (aq) Ion Cl− tidak memiliki afinitas terhadap H + dalam molekul air, melainkan hanya terhidrasi secara sederhana. Sifat garam ini mengubah warna lakmus biru menjadi merah dan tidak mengubah warna lakmus merah. Contoh lain adalah pupuk ZA yang mengandung ((NH4)2SO4) 3) Garam yang berasal dari asam lemah dan basa kuat Garam yang berasal dari asam lemah dan basa kuat akan mengalami hidrolisis sebagian yaitu pada anionnya, contohnya CH3COONa. Ion Na+ merupakan asam konjugat yang lebih lemah dari air sehingga tidak mengubah sifat larutan. Sedangkan ion CH3COO− basa konjugat dari
4 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM asam lemah sehingga CH3COO− dapat menarik proton (H +) dari molekul air dengan reaksi sebagai berikut: CH3COO− (aq) + H2O(l) ⇌ CH3COOH(aq) + OH− (aq) garam yang tersusun dari asam lemah dan basa kuat dapat mengubah warna lakmus merah menjadi biru dan tidak mengubah warna lakmus biru. hal tersebut menunjukan bahwa garam bersifat basa. Contoh lain dari garam ini yaitu Monosodium glutamat (C₅H₈NO₄Na) 4) Garam yang berasal dari asam lemah dan basa lemah Garam yang berasal dari asam lemah dan basa lemah akan terhidrolisis sempurna dalam air, baik kation maupun anionnya, contoh CH3COONH4. Adapun persamaan reaksi hidrolisisnya adalah sebagai berikut: NH4 + (aq) + H2O(l) ⇌ NH3(aq) + H3O + (aq) CH3COO− (aq) + H2O(l) ⇌ CH3COOH(aq) + OH− (aq) Oleh karena dari kedua ion garam tersebut masing-masing menghasilkan ion H + dan OH− , maka sifat larutan garam bergantung pada kekuatan relatif asam lemah dan basa lemah tersebut. Jika Ka > Kb, maka larutan akan bersifat asam karena hidrolisis kation akan lebih banyak dibandingkan hidrolisis anion, dan jika Ka < Kb maka larutan akan bersifat basa karena anion akan terhidrolisis jauh lebih banyak daripada kation. Jika Ka = Kb maka larutan akan bersifat netral (Chang, 2006) Reaksi ion-ion garam dengan air ini membentuk kesetimbangan yang mempengaruhi pH larutan, sehingga larutan dapat bersifat asam, basa, atau netral. Jika suatu garam dilarutkan kedalam air maka garam akan terurai membentuk ion-ionnya yang dapat bergerak secara bebas didalam larutan. Pada keadaan tertentu ion-ion tersebut dapat berperilaku sebagai asam atau basa, bergantung pada sifat ion-ion yang
Hidrolisis Garam 5 terdapat dalam larutan. Contoh dari garam ini adalah (NH4)2HPO4 yang terdapat pada pupuk DAP Tetapan Hidrolisis Garam Larutan elektrolit yang terhidrolisis sebagian, dalam menulis persamaan reaksinya hanya yang terhidrolisis saja yang dituliskan. Berikut tetapan hidrolisis berbagai jenis garam: 1) garam yang yang berasal dari asam lemah dan basa kuat Contoh: KCN, Larutan KCN dalam air akan bereaksi seperti di bawah ini: KCN + H2O ⇌ K + + OH− + HCN reaksi hidrolisisnya ditulis sebagai berikut: CN− + H2O ⇌ OH− + HCN dalam larutan ini berlaku Kh = [OH−][HCN] [CN−][H2O] [H2O] merupakan bilangan konstan yang tidak ada pengarunya sehingga dapat diabaikan dalam perhitungan. Sehingga dapat dinyatakan sebagai: Kh = [OH−][HCN] [CN−] , CN yang berasal dari asam lemah HCN mempunyai persamaan berikut: HCN ⇌ H + + CN− dengan konstanta kesetimbangan: Ka = [H+][CN−] [HCN] , Kemudian dikalikan Khdan Ka Kh . Ka = [OH−][HCN] [CN−] × [H+][CN−] [HCN] Kh . Ka = [OH−] × [H +] = Kw Kh = Kw Ka (Marheni, 2007)
6 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM 2) Garam yang berasal dari asam kuat dan basa lemah Misalnya garam NH4Cl, dalam air terjadi reaksi sebagai berikut: NH4Cl + H2O ⇌ NH4 + + Cl− reaksi hidrolisisnya ditulis sebagai berikut: NH4 + + H2O ⇌ NH4OH + H + dan reaksi kesetimbangannya: Kh = [H+][NH4OH] [NH4 ∓][H2O] [H2O] merupakan bilangan konstan yang tidak ada pengarunya sehingga dapat diabaikan dalam perhitungan. Sehingga dapat dinyatakan sebagai: Kh = [H+][NH4OH] [NH4 ∓] , kemudian disederhanakan dengan cara dikalikan OH− Kh = [H+][NH4OH] [NH4 ∓] × [OH−] [OH−] = Kw Kb (Marheni, 2007) 3) Garam berasal dari asam lemah dan basa lemah Garam yang berasal dari asam lemah dan basa lemah contohnya NH4CN (NH4 )CO2, garam tersebut akan terhidrolisis sempurna. Reaksinya dapat ditulis (misal garam MA) MA + H2O → M+ + A − M+ + H2O ⇌ MOH + H + A − + H2O ⇌ AH + OH− Kh = [MOH][HA] [M∓][A−] , untuk menyederhanakan pembilang dan penyebutnya dikalikan Garam yang dengan H + dan OH− maka: Kh = [MOH][HA] [M∓][A−] × [H+][OH−] [H+][OH−] Kh = [MOH] [M∓][OH−] × [HA] [A−][H+] × [H +][OH−] = Kw KaKb (Marheni, 2007)
Hidrolisis Garam 7 pH Garam 1) garam yang tersusun dari asam kuat dan basa kuat Garam yang tersusun dari asam kuat dan basa kuat bersifat netral dan mempunyai pH = 7. Garam yang mengandung ion logam alkali atau alkali tanah kecuali Be2+ dan basa konjugasi dari asam kuat misalnya Cl−, Br−, dan NO3 − , tidak mengalami hidrolisis dan larutannya dianggap netral Misalnya NaNO3(s) H2O → Na+ (aq) + NO3 − (aq) Ion Na terhidrasi, tidak menyumbangkan atau menerima ion H +. Ion NO3 − adalah basa konjugat dari asam kuat HNO3, dan tidak memiliki afinitas untuk ion H +. Karena itu, larutan yang mengandung ion Na+ dan NO3 − bersifat netral, dengan pH 7. (Chang, 2008) 2) Garam yang tersusun dari asam kuat dan basa lemah Garam yang tersusu dari asam kuat dan basa lemah akan bersifat asam yang artinya memiliki pH dibawah 7. Nilai pH garam yang bersifat asam ditentukan berdasarkan persamaan berikut: L + (aq) + H2O(l) ⇌ LOH(aq) + H + (aq) (2.2) Kh = [LOH][H+] [L+] Persamaan 1 Bila pembilang dan penyebut dikalikan dengan [OH−] maka: Kh = [LOH][H+] [L+] × [OH−] [OH−] atau Kh = [LOH] [L+][OH−] × [OH−][H +] mengingat, [OH−][H +] = Kw dan untuk tetapan kesetimbangan basa LOH yang terionsiasi dengan reaksi sebagai berikut: LOH(aq) ⇌ L + (aq) + OH− (aq) Nilai Kb dirumuskan sebagai berikut:
8 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM Kb = [L +][OH−] [LOH] maka [LOH] [L+][OH−] = 1 Kb Sehingga Kh = Kw Kb [H +] larutan dapat ditentukan melalui persamaan 2 Kh = [H +][H ∓] [garam] [H +] 2 = Kh × garam [H +] = √Kh × [garam] [H +] = √ Kw Kb × [garam] pH = −log H + 3) Garam yang tersusun dari asam lemah dan basa kuat Garam yang tersusun dari asam lemah dan basa kuat akan bersiat basa, artinya mempunyai pH di atas 7. Nilai pH garam ini dapat ditentukan dengan melalui persamaan berikut: A − (aq) + H2O(l) ⇌ HA(aq) + OH− (aq) (2.5) Kh = [HA][OH−] A− Bila pembilang dan penyebut dikalikan dengan [H +] maka: Kh = [HA][OH−] A− × [H+] [H+] atau Kh = [AH] [A−][H+] × [OH−][H +] mengingat [OH−][H +] = Kw dan untuk tetapan kesetimbangan asam HA yang terionsiasi dengan reaksi sebagai berikut: HA(aq) ⇌ H + (aq) + A − (aq) (2.6) nilai Ka dirumuskan sebagai berikut: Ka = [H+][A −] [HA] maka [HA] [H+][A−] = 1 Ka
Hidrolisis Garam 9 Sehingga, Kh = Kw Ka [OH −] larutan dapat ditentukan melalui persamaan 2 Kh = [OH−][OH−] [garam] [OH −] 2 = Kh × garam [OH −] = √Kh × [garam] [OH −] = √ Kw Ka × [garam] pOH = − log OH − pH = 14 − pOH 4) Garam yang tersusun dari asam lemah dan basa lemah Garam yang tersusun dari asam lemah dan basa lemah akan terion dalam air dan kation dan anionnya akan terhidrolisis, contoh NH4NO2. NH4NO2 → NH4 + + NO2 − Kesetimbangan hidrolisisnya adalah: NH4 + + NO2 − + H2O ⇌ NH4OH + HNO2 Dengan menganggap air konstan, maka: Kh = [NH4OH][HNO2] [NH4 +][NO2 −] × [H+][OH−] [H+][OH−] Kh = [NH4OH] [NH4 +][OH−] × [HNO2] [NO2 −][H+] × [H +] [OH−] Kh = Kw KaKb Jika melihat reaksi pengionan garam dam kesetimbangan hidrolisisnya, konsentrasi ion NH4 + dan NO2 − mula-mula adalah sama, yaitu sebesar Cg. Dengan mengabaikan perbedaan bagian yang
10 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM terhidrolisis dari kedua ion itu, maka konsentrasi yang tinggi dapat dianggap sama. [ NH4 + ] = [ NO2 − ] Konsentrasi asam dan basa dalam larutan juga dapat dianggap sama [NH4OH] = [HNO2 ] dengan demikian didapat: Kh = [NH4OH][HNO2] [NH4 +][NO2 −] = [HNO2] 2 [NO2 −] 2 atau √Kh = [HNO2 ] [NO2 −] Dengan kesetimbangan asam HNO2didapat: [H +] = Ka√Kh = Ka √ Kw KaKb [H +] = √ KhKa Kb Jika diliihat basa lemahnya garam asam lemah dan basa lemah, maka dengan cara yang sama didapat: Kh = [NH4OH] 2 [NH4 +] 2 [OH−] = Kb × [NH4OH] [NH4 +] Gabungan keduanya menghasilkan: [OH−] = √ KwKh Ka Dilihat dari rumus [H +] dan [OH−] larutan tidak bergantung pada konsentrasi garam (Cg) dan hanya dipengaruhi oleh nilai Ka dan Kb. Untuk mencari pH cukup dipakai salah satu dari kedua rumus tersebut, karena keduanya akan memberikan hasil yang sama. (Syukri, 1999)
Sejarah STEM STEM di Indonesia Komponen STEM
12 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM Sejarah STEM Istilah STEM pertama muncul pada tahun 1990-an di Amerika serikat tepatnya di kantor NSF (National Science Foundation). Awalnya menggunakan istilah SMET sebagai singkatan dari Science, Mathematic, Engineering, and Technology. Namun seorang pegawai NSF tersebut melaporkan bahwa SMET hampir berbunyi seperti SMUT dalam pengucapannya, sehingga diganti dengan STEM (Science, Technology, Engineering, and Mathematics) jadi dalam konteks Indonesia, STEM merujuk kepada empat bidang ilmu pengetahuan, yaitu sains, teknologi, teknik atau rekayasa, dan matematika. Dunia pada abad ke-21 ini, memberikan tantangan di segala sektor kehidupan, termasuk pendidikan. Pendidikan abad ini mengacu pada pendidikan sains, karena pendidikan sains sangat erat kaitannya dengan pembangunan ekonomi bagi negara. Menurut Bybee (2013) pendidikan sains akan membantu pengembangan nasional dengan bantuan inovasi pada teknologi dan rekayasa (Technology and engineering). Sedang menurut Sublette (2013) untuk menunjang majunya suatu pendidikan dibutuhkan empat penunjang yaitu sains, teknologi, rekayasa, dan matematika. Menurut NSF pendidikan STEM penting karena STEM dapat mengembangkan, melestarikan, dan menyebarluaskan pengetahuan dan keterampilan yang memberikan manfaat probadi, ekonomi, dan sosial. Sebagian negara telah mewajibkan pendidikan sains dimulai dari pra-sekolah hingga sekolah menengah atau sekolah Gambar 2.1 logo NSF Sumber: Liblogo.com Gambar 2.2 pendidikan sains Sumber: Resa.net Gambar 2.3 STEM Sumber: freepik.com
STEM 13 menengah atas. STEM dalam pendidikan khususnya, diharapkan dapat menjadikan siswa inovatif, kritis dalam memecahkan masalah, tidak bergantung pada orang lain dan berpikir logis. Sifat-sifat itulah yang dibutuhkan dalam suatu perusahan dalam merekrut pekerjanya. STEM di Indonesia Apakah STEM di Perlukan di Indonesia? Tes PISA (Programme for International Student Assessment) merupakan penilaian internasional tiga tahunan yang diselenggarakan oleh Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) untuk mengukur kemampuan anak-anak usia 15 tahun di bidang membaca, matematika dan sains. Sejak tahun 2000 Indonesia telah mengikuti tes PISA. Hasil tes PISA terakhir pada tahun 2018, menunjukkan Indonesia dalam kemampuan membaca, matematika, dan sains masih di bawah rata-rata. Kemampuan anak Indonesia dalam membaca mendapatkan skor rata-rata 371, dengan ratarata skor OECD yakni 487. Kemudian untuk skor rata-rata matematika mendapatkan skor 379 dengan skor rata-rata OECD 487. Sedangkan untuk skor rata-rata sains mendapat 389 dengan skor rata-rata OECD 489. Gambar 2.4 Perbandingan hasil Tes PISA Indonesia dengan negara lain tahun 2018 Sumber : OECD, PISA 2018
14 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM Sedangkan hasil tes PISA Indonesia dari tahun 2000 hingga 2018 dapat dilihat pada gambae berikut: Dari grafik di atas, secara garis besar peningkatan kemampuan membaca, matematika, dan sains anak Indonesia fluktuatif, tidak ada peningkatan dari tahun 2000 sampai 2018. Berakar dari hal tersebut, Indonesia memerlukan perubahan kebiasan belajar. Pembiasan belajar dapat diubah melalui metode pendekatan pembelajaran yang mengarah pada literasi sains. Literasi sains seseorang sangat terkait dengan teknologi dan matematika. Literasi sains menurut Miller (1998) merupakan kemampuan membaca dan menulis tentang sains dan teknologi. Salah satu pendekatan pembelajaran yang dapat digunakan untuk meningkatkan literasi sains yaitu pendekatan STEM. Seperti yang sudah diketahui, bahwa STEM adalah pembelajaran yang mengaitkan empat disiplin pengetahuan yaitu sains, teknologi, rekayasa, dan matematika. Gambar 2.4 Hasil tes PISA Indonesia dari tahun 2000-108 Sumber : OECD, PISA 2018
STEM 15 Di Indonesia, pendekatan pembelajaran STEM mulai dikembangan oleh USAID (United States Agency for International Development). Inovasi dilakukan untuk mengembangkan pembelajaran STEM di Indonesia diantaranya melalui workshop, pelatihan guru di bidang STEM, dan pembentukan pusat STEM yang berada di Unsyiah dan UPI. Kihajar STEM juga merupakan salah satu upaya yang dilakukan pemerintah untuk memperkenalkan STEM di sekolah-sekolah. Kihajar STEM mewadahi eksplorasi peserta didik dari jenjang SD/MI hingga SMA/MA/SMK untuk berfikir kritis, kreatif, mampu berkolaborasi dan berkomunikasi dalam mengembangkan projek berbasis STEM melalui teknologi dan komunikasi. Komponen STEM a. Sains Sains adalah pembelajaran tentang alam, termasuk hukum-hukum alam yang terkait dengan fisika, kimia, biologi dan perlakuan atau penerapan fakta, prinsip, konsep yang terkait dengan disiplin ilmu tersebut. Sains adalah kumpulan pengetahuan yang didapatkan melalui suatu proses penyelidikan ilmiah yang menghasilkan pengetahuan baru. Gambar 2.4 mikroskop dalam laboratorium Sumber: www.mitacs.ca Gambar 2.5 logo Kihajar STEM Sumber : kihajar.kemendikbud.go.id
16 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM b. Teknologi Teknologi terdiri atas seluruh sistem manusia dan organisasi, pengetahuan, proses, dan perangkat yang digunakan untuk menciptakan, mengoperasikan teknologi itu sendiri. Sepanjang sejarah, manusia telah menciptakan teknologi untuk memenuhi keinginan dan kebutuhan mereka. Sebagian besar teknologi modern merupakan produk dari sains dan teknik, dan alat teknologi yang digunakan di kedua bidang. c. Rekayasa Rekayasa adalah pengetahuan tentang desain dan pembuatan produk buatan manusia, juga sebuah proses untuk memecahkan masalah. Rekayasa memanfaatkan konsep sains, matematika serta alat-alat teknologi. d. Matematika Matematika adalah ilmu yang mempelajari pola dan hubungan antara besaran, bilangan, dan ruang yang disertai dengan argumen logis. Konseptual dalam matematika yaitu angka dan aritmatika aljabar, fungsi, geometri, dan statistik dan probabilitas. Matematika digunakan dalam sains, teknik dan teknologi. Gambar 2.5 Teknologi saat ini Sumber: NicePNG Gambar 2.6 pengoperasian mesin Sumber: vistaeducation Gambar 2.7 pembelajaran matematika Sumber:NSSP
18 18 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM (Diamonium fosfat) INDONESIA dianugrahi kekayaan sumber daya alam yang kaya. Salah satunya adalah lahan pertanian yang luasnya mencapai 7,46 hektare. Karena itulah Indonesia juga dikenal sebagai negara agraris, yaitu negara dengan mata pencaharian paling banyak adalah petani. Berdasarkan hasil survey dari Badan Pusat Statistik (BPS) pada tahun 2021 masyarakat Indonesia yang bekerja sebagai petani mencapai 29,59%. Hal ini merupakan presentase tertinggi dari jenis pekerjaan lainnya. ( https://www.bps.go.id ) Kehidupan masyarakat Indonesia yang sebagian besar petani membuat kebutuhan pupuk juga meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah dan kualitas hasil pertanian. Pupuk merupakan material yang ditambahkan untuk tanaman yang mengandung satu atau lebih unsur hara atau nutrisi, sehingga tanaman dapat tumbuh dan berkembang dengan baik. Unsur hara yang diperlukan oleh tanaman adalah: C, H, O yang ketersediaanya di alam melimpah, N, P, K, Ca, Mg, S (hara makro) dan Fe, Mn, Cu, Zn, Cl, Mo, B ( hara mikro).
Garam Diamonium fosfat 19 Pupuk, berdasarkan proses pembuatannya dibedakan menjadi dua yaitu, pupuk alam dan pupuk buatan. Pupuk alam merupakan pupuk yang didapat langsung dari alam. Contohnya adalah pupuk fosfat alam, pupuk kandang, pupuk hijau, dan kompos. Sebagian pupuk alam juga bisa disebut sebagai pupuk organik karena hasil dari proses dekomposisi dari makhluk hidup seperti sisa tanaman dan kotoran ternak. Sedangkan pupuk buatan merupakan pupuk hasil pembuatan pabrik yang kadar, jenis, dan komposisi haranya ditentukan oleh produsen. Pupuk buatan yang terkenal di Indonesia diantaranya pupuk Urea, pupuk ZA (zwavelzure ammonium), pupuk TSP, pupuk NPK, pupuk DAP, dan lain-lain. Pada sub bab ini akan membahas pupuk Diamonium Fosfat (DAP). Pupuk DAP merupakan jenis pupuk majemuk karena mengandung lebih dari satu jenis hara yaitu N dan P. konsentrasi masingmasing unsur sebesar 52% untuk kandungan P2O5 (difosfor pentoksida) dan 20% untuk kandungan nitrogen dalam NH4 (amonium). Pupuk DAP bersifat larut dalam air namun tidak mudah menyerap uap air di udara (tidak higroskopis), diperdagangkan dalam bentuk butiran-butiran (granula), dan berwarna kelabu. Pupuk DAP berfungsi sebagai pengatur pH tanah pada saat proses pertumbuhan tanaman dan sumber makanan bagi tumbuhan. Fosfat yang terkandung dalam pupuk dapat mempercepat pertumbuhan akar, pembentukan bunga, dan mempercepat pemasakan buah atau biji. Sedangkan kandungan nitrogen dalam pupuk berfungsi untuk memacu Gambar 3.1 pupuk DAP Sumber: bondotani.blogspot.com Science
20 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM pertumbuhan secara umum terutama pada fase vegetatif. Berperan dalam pembentukan klorofil, asam amino, lemak, enzim, dan senyawa lainnya. (Redaksi Agromedia, 2007) Pupuk diamonium fosfat (DAP) atau dapat disebut dengan diamonium dihidrogen fosfat merupakan senyawa kimia anorganik dari salah satu garam dari amonium fosfat. Diamonium fosfat diproduksi melalui proses pereaksian amonia dengan asam fosfat. Struktur molekulnya sebagai berikut: Gambar 3.2 struktur molekul diamoniuf fosfat Sumber: wikipedia.org Reaksi amonia dengan asam fosfat sebagai berikut: 2NH3(g) + H3PO4(l) → (NH4 )2HPO4(s) Reaksi kimia di atas merupakan reaksi antara basa lemah amonia (NH3) dengan asam lemah yaitu asam fosfat (H3PO4) menghasilkan garam amonium fosfat. Garam yang terbentuk dari basa lemah dan asam lemah akan terdihrolisis semua baik kation ataupun anionnya. Persamaan hidrolisisnya dapat dilihat sebagai berikut: NH4 + (aq) + H2O(l) ⇌ NH3(aq) + H3O + (aq) PO4 3− (aq) + H2O(l) ⇌ HPO4 2− (aq) + OH− (aq) Dari reaksi hidrolisis diatas, masing-masing menghasilkan ion H + dan OH−, maka sifat larutan garam bergantung pada kekuatan relatif asam lemah dan basa lemah tersebut. Jika Ka > Kb, maka larutan akan bersifat asam karena hidrolisis kation akan lebih banyak dibandingkan hidrolisis anion, dan jika Ka < Kb maka
Garam Diamonium fosfat 21 larutan akan bersifat basa karena anion akan terhidrolisis lebih banyak daripada kationnya. Jika Ka = Kb maka larutan akan bersifat netral. Nilai Ka untuk asam fosfat yaitu 7,5 × 10-3 sedangkan Kb untuk amonia sebesar 1,8 × 10-5. Jika dilihat dari nilai Ka dan Kb masing-masing ion, dapat disimpulkan nilai Ka > Kb, maka garam amonium fosfat ini bersifat asam. Penggunaan pupuk yang terus menerus dan dalam jangka panjang dapat menjadikan tanah bersifat asam. Pupuk-pupuk anorganik yang mengandung asam kuat seperti klorida, nitrat dan sulfat bersenyawa dengan sisa basa lemah misalnya amonium, akan menghasilkan kelebihan asam dan menghidrolisis air menjadi ion H +. Contohnya ialah amonium-sulfat (ZA), amonium-nitrat, atau amonium-klorida. Sebaliknya, pupuk-pupuk merupakan garam dari basa kuat dan asam lemah akan memberikan basa berlebih, misalnya kalsit (CaCO3) yang merupakan bahan kapur. Pupuk DAP dapat digunakan ketika tanaman terlihat ciri-ciri seperti daun tua menjadi keungunan dan cenderung kelabu, tepi daun kecoklatan, tulang daun muda berwarna hijau gelap, pertumbuhan daun kecil, kerdil, dan rontok, sehingga tanaman menjadi kerdil. Pemupukan merupakan salah satu cara untuk mengembalikan atau mengoptimalkan kembali kadar hara dalam tanah. Dalam proses pemupukan perlu memperhatikan beberapa hal agar pupuk yang diberikan tidak merusak tanaman itu sendiri. Beberapa hal yang harus diperhatikan saat proses pemupukan diantaranya adalah waktu pemupukan, jenis pupuk, dosis, dan aplikasi pupuk. Kapan pupuk DAP dapat digunakan? Technology
22 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM Pupuk DAP yang mengandung N dalam bentuk amonia akan optimal dipergunakan pada saat musim hujan. Sedangkan fosfat penggunaannya dipengaruhi oleh jenis tanah. P (fosfat) dapat digunakan pada tanah yang bersifat asam namun untuk tanah basa hanya pupuk yang bersifat cair yang dapat dipakai. Membuat Pupuk DAP Organik dari Kotoran Kelelawar Penggunaan pupuk kimia terus menerus akan berdampak pada lingkungan akibat penggunaan bahan kimia anorganik, menimbulkan kerusakan tanah dan tanaman yang dihasilkan berkurang kualitasnya. Karenannya, perlu alternatif lain dalam penggunaan pupuk. Selain pupuk kimia, kita dapat menggunakan pupuk organik. Pupuk organik atau pupuk alam merupakan pupuk yang berasal dari tumbuhan atau kotoran hewan yang telah mengalami dekomposisi atau pelapukan. Pupuk organik yang memiliki komponen sama dengan pupuk DAP yaitu pupuk guano. pupuk guano adalah pupuk yang berasal dari timbunan kotoran burung laut atau kotoran kelelawar. Berdasarkan asalnya guano dibagi menjadi dua jenis yaitu guano burung laut (sea-bird guano) dan guano kelelawar (bat guano). Guano merupakan bahan yang banyak mengandung nitrogen dan fosfor. Terdapat dua macam guano berdasarkan Berdasarkan komposisi kimianya dan tingkat hancuran iklimnya. yaitu guano nitrogen (nitrogenous guano) atau guano segar (fresh guano) dan guano fosfat (phosphatic guano). Kemudian, guano fosfat dibedakan menjadi Gambar 3.6 Burung Guano Sumber: www.worldatlas.com
Garam Diamonium fosfat 23 guano residu (residual guano) atau guano tercuci (leached guano) dan guano kerak (crust guano) atau guano atol (atoll guano) atau guano purba (ancient guano). Guano nitrogen merupakan hasil hancuran iklim tahap pertama dari timbunan kotoran burung laut atau kotoran kelelawar, guano fosfat merupakan hasil hancuran iklim tahap keduanya, dan hasil akhir hancuran iklimnya adalah batuan fosfat berasal dari guano (guano derived phosphate rock). Guano nitrogen dan guano fosfat digolongkan sebagai guano, sedangkan batuan fosfat berasal dari guano termasuk dalam kelompok batuan fosfat. Mineral fosfat yang terdapat dalam guano nitrogen adalah: brusit (CaHPO4.2H2O), amonium fosfat (NH4H2PO4 dan diamonium fosfat (NH4)2HPO4). Mineral fosfat dalam guano fosfat adalah: brusit, monetit (CaHP04), martinit (Ca3(PO4,CO3)2, dan dahlit (Ca5(PO4,CO3)3OH), sedangkan mineral fosfat dalam batuan fosfat berasal dari guano ialah: witlokit (DCa3(PO4)2, frankolit (Ca5(PO4, CO3)3F, dan dahlit. Dari komposisi kimia yang terdapat pada guano nitrogen maupun guano fosfat merupakan bahan pupuk organik yang mengandung N (nitrogen) dan P (fosfor) cukup tinggi. Kandungan nitrogen dalam guano nitrogen jauh lebih tinggi daripada yang terdapat dalam pupuk kandang, Iimbah pertanian, maupun sampah kota. Demikian juga halnya dengan Gambar 3.6 Goa Kelelawar (Guano) Sumber: newswise.com
24 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM kandungan fosfat dalam guano fosfat. Karena telah mengalami hancuran iklim, senyawa nitrogen dan fosfat dalam kedua bahan tersebut relatif mudah tersedia bagi tanaman dibandingkan dengan pupuk kandang segar, limbah pertanian, dan sampah rumah tangga. maka, guano nitrogen maupun guano fosfat merupakan pupuk organik yang bernilai tinggi dan sangat potensial untuk dimanfaatkan dalam pertanian organik maupun pertanian alami. Tabel 3.1 komposisi kimia guano nitrogen, guano fosfat, dan batuan fosfat dari guano. (kotabe, 1997) Menurut (Abu Bakar, 2013) dalam penelitian (Hafsari, 2017) Batuan fosfat guano mengandung ini mengandung kadar P2O5 antara 0,17 sampai 43% . secara umum Guano mengandung amonia, asam fosfat, oksalat, asam karbonat, serta garam tanah (Andriansyah, dkk., 2018). Dalam sebuah artikel Australia, menyebutkan pupuk guano mengandung fosfor (P) 13.6% , Kalsium (Ca) 32.9% , Silika (Si) 23,8% dan 8,6% Karbon organik. Komposisi Guano Nitrogen (%) Guano Fosfat (%) Batuan fosfat dari Guano (%) Nitrogen 7-17 0.5-2.0 0 Bahan organik 40-60 5-15 0-1 CaO 8-15 15-30 45-55 P2O5 8-15 10-30 35-42 W-P2O5/T-P2O5 <40 0-10 <1 C-P2O5/T-P2O5 <80 55-85 <30 K2O 1.5-2.5 2.5-3.5 <0.2 MgO <1 <2 <0.5 SO4 <5 <6 <0.1
Garam Diamoninum fosfat 25 Proses pembuatan pupuk “GUANOKU” Gambar 3.7 pupuk “Guanoku” Sumber: guanoku.com Guano fosfat dapat digunakan secara langsung sebagai pupuk atau bisa diolah terlebih dahulu menjadi pupuk cair. Pembuatan pupuk guano cair yang terdapat di pasaran seperti pupuk “Guanoku”’ dilakukan dengan proses fermentasi. Berikut proses pembuatan pupuk guanoku: 1. Menyiapkan bahan baku Bahan baku yang dipakai untuk membuat pupuk guanoku yaitu kotoran kelelawar. Dalam pembuatan pupuk cair guanoku dapat ditambahkan dengan bahan tambahan seperti air, gula merah/aren, dan bioaktiva (EM4) 2. Pengayakan Pada proses ini bahan baku kotoran kelelawar diayak halus hingga ukuran 80-100 mesh. Pengayakan bertujuan untuk memisahkan kotoran kelelawar dengan partikel lain seperti kayu, serangga, batu, dan lainlain. 3. Penimbangan dan penentuan formula Bahan-bahan baku yang telah disaring, kemudian ditimbang sesuai dengan takarannya agar diperoleh kandungan NPK yang sesuai dengan formula yang diinginkan.
26 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM 4. Fermentasi Proses fermentasi dilakukan agar bakteri bioaktiva bereaksi dengan bahan-bahan baku. Pada fermentasi ini diharapkan kandungan Natrium, fosfor, dan kalium (NPK) meningkat. 5. Pengemasan Setelah melalui proses fermentasi selama 10 hari, pupuk cair kemudian disaring untuk memisahkan ampas dan air hasil fermentasi. Air hasil fermentasi disebut sebagai pupuk organik cair. Pupuk organik cair kemudian dikemas dengan jerigen. 6. Uji kandungan NPK Uji pupuk guano dilakukan di laboratorium untuk mengetahui kandungan masing-masing unsurnya yaitu natrium, fosfat, dan kalium. 7. Penyimpanan Produk yang sudah jadi disimpan dalam gudang barang jadi sampai menunggu pengiriman produk jadi ke distributor pupuk. (Taslim, 2016) Berikut diagram alir pembuatan pupuk Guanoku: Persiapan Bahan Baku Kotoran Kelelawar, Air, Gula Merah, Bioaktiva (EM4), Pengayakan kotoran kelelawar Menimbang bahanbahan baku Fermentasi 10 hari Pengemasan pupuk yang sudah jadi Penyimpanan pupuk Uji kandungan NPK pada pupuk
Garam Diamonium fosfat 27 Dalam skala industri, pupuk DAP dapat diproduksi dengan menggunakan 3 metode: 1. Metode Tennessee Valley Authority (TVA) TVA adalah metode pembuatan pupuk DAP dengan mereaksikan asam fosfat cair dengan gas ammonia. kemudian diumpankan menuju reaktor pra penetral berpengaduk. Pada reaktor terjadi preses pencampuran asam fosfat dengan amonium yang menghasilkan amonium fosfat. Reaksi yang terjadi adalah: H3PO4(l) + 2NH3(g) → (NH4 )2HPO4(s) Reaksi yang terjadi pada reaktor bersifat endodermis sehingga pada reactor dilengkapi dengan jaket pemanas. Hasil reaksi tersebut berupa slury (bubur) Bagaimana Proses pembuatan pupuk DAP??? Proses pembuatan pupuk DAP skala industri Engineering
28 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM amonium fosfat dengan perbandingan mol NH3:H3PO4 adalah 1:30. Suhu optimal yang digunakan pada proses tersebut yaitu 114°C. Gas amonia yang keluar dari rektor dengan suhu 114°C diumpankan pada scrubber untuk diikat dengan air proses. Granular amonium fosfat yang terbentuk, keluar dari amoniator granulator pada suhu 74°C dengan kandungan air sebesar 4,1%. Granular diamonium fosfat selanjutnya dikeringkan menggunakan alat pengering rotary dryer dengan bantuan udara panas. Suhu yang digunakan adalah 150°C dengan aliran berlawanan arah (counter-current). Produk diamonium fosfat keluar dari rotary dryer dengan suhu 82,22°C dengan kandungan air 1,7%. Selanjutnya diumpankan menuju mesin pendingin (rotary cooler) untuk didinginkan terlebih dahulu sampai suhu 35°C. Diamonium fosfat yang terbentuk memiliki ukuran 8-16 mesh dan diayak kembali kemudian disimpan terlebih dahulu sebelum proses pengemasan. Produk yang dibawah ukuran di-recycle menuju granulator amonia. Jika digambarkan dengan diagram alir, prosesnya sebagai berikut: 2. Metode Blunger Proses Blunger (Dorr-Oliver) merupakan proses yang digunakan pada pembuatan pupuk triple superphosphate (TSP) dengan bahan baku batuan fosfat dan asam fosfat. Pada pembuatan diamonium fosfat dengan proses Dorr-Oliver, bahan fosfat diganti dengan amonia. Gambar 3.3 diagram air metode TVA Asam fosfat Uap Air Scrubber Uap Air Larutan Amonia atau Nitrogen Pra Penetral Penggosok Saringan Pendingin /Pengerin g Butiran Diamoniu m fosfat KCl atau Superfosfat Opsional Pembuangan Amonia dan Uap air Daur Ulang
Garam Diamonium fosfat 29 Pertama, bahan baku asam fosfat direaksikan dengan amonia sehingga terbentuk diamonium fosfat pada reaktor. Reaksi yang terjadi : H3PO4(l) + 2NH3(g) → (NH4 )2HPO4(s) Pembuatan diamonium fosfat dengan proses ini, amonia digunakan secara dua tahap dengan pembagian 75%-80% pada tahap pertama dan sisanya pada tahap kedua. Karena panas saat proses reaksi, maka terjadi proses penguapan air dan sebagian ammonia menguap. Uap amonia kemudian diolah kembali pada mesin scrubber dengan menggunakan larutan penyerap, sehingga amonia dapat yang digunakan dapat maksimal. Produk reaksi kemudian diumpankan pada blunger mereaksikan sisa asam fosfat dengan penambahan amonia. Produk diamonium fosfat dari blunger, kemudian dikeringkan pada dryer dan disaring pada screen. Berikut diagram alir pembuatan diamonium fosfat dengan metode Blunger (DorrOlive) Gambar 3.4 diagram alir metode Blunger (Door Oliver) Batuan Fosfat Uap Amonia Asam Fosfat Uap Bubur Asam Fosfat H2SO4 atau H3PO4 Air Air Dari Penyimpanan Uap Sekunder Bahan bakar Uap primer
30 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM 3. Proses Nissan Spray-Tower Pada proses ini, bahan baku yang digunakan berupa asam fosfat, asam sulfat, dan amonia. Proses ini dikemukakan oleh Nissan Chemical Industries Limited dari Jepang dan mampu memproduksi diamonium fosfat pada skala kecil. Pada proses ini, asam fosfat dicampur dengan asam sulfat dan dialirkan ke absorber dan scrubber yang berfungsi untuk menyerap dan mereaksikan sebagian gas amonia yang lolos dari spray tower. Reaksi yang terjadi : H3PO4(l) + 2NH3(g) → (NH4 )2HPO4(s) H2SO4(l) + 2NH3(g) → (NH4 )2SO4(s) Reaksi utama terjadi pada spray tower yaitu penyerapan gas amonia oleh campuran asam fosfat dan asam sulfat. Produk reaksi berupa diamonium fosfat kemudian dikeringkan dan didinginkan pada conveyor untuk ditampung sebagai produk akhir dengan tingkatan yang rendah. (Ramadhan: 2012) Gambar 3.5 diagram alir proses Nissan Spray-Tower Asam Fosfat Asam Sulfat Gas Amonia Produk Kering untuk disimpan
Garam Diamonium fosfat 31 Tanah: Salah Satu Penentu Keberhasilan Tanaman Tanah yang terlalu asam atau basa tentu tidak baik untuk bercocok tanam. Untuk itu perlu mengetahui tingkat keasaman atau pH tanah yang akan digunakan. pH tanah dapat menentukan mudah tidaknya ion-ion unsur hara diserap oleh tanaman serta menunjukan keberadaan unsur-unsur yang bersifat racun bagi tanaman. (Karamina, dkk. 2017) Tingkat keasaman tanah dinyatakan dalam satuan gram mol per liter (gmol/l). Tanah dikatakan sangat asam atau asam kuat jika kepekatan ion hidrogen mencapai 1/10 atau 10-1 gmol/l. sebaliknya, tanah dalam kondisi basa kuat jika kepekatannya hanya 10-14 gmol/l. dalam praktiknya, tingkat keasaman hanya dinyatakan dalam kisaran 1-14. Angka pH 1 artinya kepekatan ion hidrogen di dalam tanah mencapai 10-1 gmol/l, angka pH 2 berarti kepekatan 10-2 gmol/l begitu seterusnya sampai pH 14. Kondisi keasaman tanah dikatakan netral jika nilai pH tanahnya 7. Salah satu cara untuk meningkatkan pH tanah yaitu dengan cara pengapuran. Pengapuran merupakan upaya meningkatkan pH tanah dengan menambahkan kapur ke dalam tanah. pH tanah yang masam dapat disebabkan karena ketersediaan unsur hara N, P, K, Ca, Mg yang sedikit. Hanya unsur Fe dan Al (unsur mikro) yang tersedia pada tanah masam. pH tanah yang masam dapat menjadikan tanaman rusak atau mati. Tanah masam di Indonesia didominasi oleh ordi tanah ultisol dengan pH 4-5. Tanah ultisol di Indonesia mencapai luas hingga 38,437 juta Ha. (rajiman, 2020 Mathematic
32 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM Tabel 3.2 Reaksi tanah berdasarkan nilai pH Nilai pH tanah Reaksi Tanah <4 Sangat asam 4,0 - 5,5 Asam kuat 5,5 - 6,5 Asam sedang 6,5 – 6,9 Asam ringan 7,0 Netral 7,1 – 7,5 Basa ringan 7,5- 8,5 Basa sedang 8,5 – 9,0 Basa kuat >9,0 Basa sangat kuat Mengukur pH tanah dapat dilakukan melalui titrasi di laboratorium atau dengan menggunakan alat pengukur pH yang praktis seperti kertas pH atau kertas lakmus, soil tester, dan pH tester. Tingkat keasaman tanah sangat mempengaruhi kesuburan tanah. Pada kondisi netral, reaksi kimia tanah akan berlangsung baik, sehingga unsur-unsur hara yang bermanfaat dapat tersedia, dan zat-zat beracun yang terlarut di dalam tanah akan menurun. Keasaman tanah yang baik untuk tanaman berada dalam kisaran pH 5,5-7,5 tergantung pada jenis tanaman yang dibudidayakan. (Redaksi Agromedia,2007)
Garam Diamonium fosfat 33 Bagaimana menghitung pH garam diamonium fosfat yang terdapat dalam pupuk DAP? Garam yang tersusun dari asam lemah dan basa lemah seperti diamonium fosfat [(NH4)2PO4] kation dan anionnya akan terhidrolisis. H3PO4(l) + 2NH3(g) → (NH4 )2HPO4(s) Reaksi hidrolisisnya: 2NH4 + (aq) + H2O(l) ⇌ NH3(aq) + H3O + (aq) PO4 3− (aq) + H2O(l) ⇌ HPO4 2− (aq) + OH− (aq) Ion garam tersebut masing-masing menghasilkan ion H + dan OH−, maka sifat larutan garam bergantung pada kekuatan relatif asam lemah dan basa lemah tersebut (Ka dan Kb). Nilai Ka untuk asam fosfat yaitu 7,5 × 10−3 sedangkan Kb untuk amonia sebesar 1,8 × 10−5 . Jika dilihat dari nilai Ka dan Kb masing-masing ion, dapat disimpulkan nilai Ka > Kb, maka garam amonium fosfat ini bersifat asam. Maka untuk menghitung pH garam diamonium fosfat dapat dihitung dengan rumus: [H + ] = √ KwKa Kb pH = −log H + Keterangan: : Ketetapan kesetimbanga air (10-4) : Tetapan Ionisasi Asam : Tetapan Ionisasi Basa
34 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM 2 3 1 1 2 4 Pertanyaan: Mendatar 1. Bahan baku pembuatan pupuk DAP organik 2. Salah satu kandungan pupuk DAP Menurun 1. Pupuk yang di dapat langsung dari alam 2. Salah satu jenis pupuk alam 3. Sifat garam dari senyawa pupuk DAP (NH4 )2HPO4(s) 4. Jenis hidrolisis garam dari pupuk DAP (NH4 )2HPO4(s) Mari bermain
36 Hidrolisis Garam Dalam Perspektif STEM iapa yang tidak kenal dengan sabun? Sabun sudah menjadi kebutuhan rumah tangga yang digunakan sebagai pembersih, baik pembersih badan, pakaian, atau alat rumah tangga yang lain. Jenis sabun pun semakin bervariasi dari bentuk,warna, hingga aromanya. Bagaimana asal muasal sabun? Bahan apa saja yang digunakan untuk membuat sabun? Apa yang menyebabkan sabun berbentuk padat atau cair? Apakah sabun termasuk senyawa garam? Bagaimana reaksi hidrolisis garam yang terdapat dalam sabun? Untuk menjawab pertanyaanpertanyaan tersebut, mari kita pelajari tentang sabun pada bab ini. S
Garam Natrium Stearat 37 Sabun yang kita kenal sekarang dengan berbagai merk, ternyata sudah ada sejak 2800 SM di zaman Babilonia dengan bahan dasar lemak hewan yang direbus dengan campuran abu dari kayu. Sabun tersebut digunakan untuk membersikan wol dan kapas pada tekstil. Kemudian bangsa Mesir Kuno mengadopsi pembuatan sabun dengan menggunakan lemak hewan dan nabati yang dicampur dengan garam alkali. Proses pencapuran itu lah yang disebut dengan saponifikasi. Sabun tersebut digunakan untuk menyembuhkan penyakit kulit dan menghilangkan kotoran pada tubuh. Kata sapo dalam bahasa latin artinya sabun. Sapo juga dikenal sebagai nama gunung yang biasa dijadikan sebagai tempat untuk penyembelihan hewan kurban pada masanya di legenda romawi kuno. Ketika hujan turun, sisa-sisa lemak hewan bercampur dengan abu sisa pembakaran kayu kemudian mengalir ke sungai Tiber. Saat itu masyarakat yang sedang mencuci pakaian, mereka menemukan air yang berbusa dan pakaian menjadi lebih bersih. Bahan dasar pembuatan sabun menyesuaikan pada daerahnya. Seperti di Tiongkok, orang-orang membuat sabun dari campuran biji tanaman Zao jia (tanaman belalang madu Cina) atau campuran pankreas babi dan abu tanaman bernama Zhu Yi Zi. Kemudian pada abad ke-1, orang-orang Romawi Kuno melakukan proses saponifikasi dengan mereaksikan amonium karbonat yang terdapat dalam urin dengan minyak tumbuhan dan lemak Sejarah sabun Science Gambar 3.8 sabun zaman kuno Sumber: Kumparan.com
38 Hidrolisis Garam dalam Perspektif STEM hewan. Pada abad pertengahan, orang-orang di Eropa Utara baru mengenal sabun cair namun dengan aroma bau yang kurang sedap. Pada abad ke-13 jenis sabun padat mulai diekspor ke Eropa. Abad ke-18, sabun mengalami peningkatan yang kuat khususnya di Marseilles. Sabun menjadi produk murah setelah berkembangnya proses Le Blanc dalam membuat alkali yang merupakan bahan baku sabun di abad ke-19. Seiring dengan berkembangnya penemuan bahan-bahan kimia dan mesin yang semakin canggih, saat itulah sabun mulai dibedakan berdasarkan fungsinya. Perbedaan Sabun dan Detergen 1. Sabun Sabun bahan yang terbuat dari campuran garam natrium atau kalium dengan lemak hewani atau lemak nabati. Sabun dapat berbentuk cair, padat, dan lunak sebagai pembersih. Sabun terdiri dari asam lemak dengan rantai karbon C12-C18 dan sodium atau potassium. Molekul sabun memiliki suatu rantai hidrokarbon panjang plus ion. Bagian hidrokarbon dari molekul bersifat hidrofobik dan larut dalam zat non polar. Sedangkan ujung ion bersifat hidrofilik dan larut dalam air. Rantai hidrokarbon menyebabkan molekul sabun secara keseluruhan tidak benar-benar larut dalam air, namun mudah tersuspensi dalam air membentuk misel (micelles), yaitu kumpulan 50-150 molekul yang rantai hidrokarbonnya mengelompok dengan ujung ionnya menghadap ke air. (Fauzi, dkk, ) Perbedaan bentuk sabun dipengaruhi oleh bahan penyusunnya. Sabun cair, terbuat dari minyak kelapa atau minyak lainnya dengan penambahan alkali atau basa KOH cair yang tidak mengental pada suhu Gambar 3.9 sabun Sumber: Unair News
Garam Natrium Stearat 39 kamar. Sabun lunak, terbuat dari minyak kelapa dan minyak lainnya yang tidak jenuh dengan penambahan basa KOH berbentuk pasta dan akan terlarut jika dicampurkan dengan air. Sedangkan sabun padat, terbuat dari lemak netral padat dari minyak yang sudah mengeras melalui proses hidrogenasi, dengan penambahan basa NaOH yang sukar larut dalam air. Menurut Ketaren dalam (Baiquni, 2019) sabun dihasilkan dari proses hidrolisis minyak atau lemak menjadi asam lemak bebas dan gliserol yang dilanjutkan dengan saponifikasi menggunakan basa KOH atau NaOH. 2. Detergen Detergen merupakan produk yang berbeda dengan sabun. Jika dalam sabun terdapat senyawa yang ion-ion nya sukar larut dalam air sadah karena adanya endapan dan busa, detergen dapat direaksikan dengan ion air sadah menghasilkan produk larut atau terdispersi berbentuk koloid di dalam air. Bahan-bahan penyusun detergen yaitu: 1) Surfaktan: berguna untuk menurunkan tegangan permukaan pada cairan. Surfaktan yang banyak di pasaran adalah: Alkyl Benzene Sulfonat (ABS), Linier Alkyl Benzene Sulfonate (LAS), Etoksilat Alcohol, Dodecyl Benzene Sulfonate, Sodium Lauryl Sulfat (SLS). Molekul surfaktan dapat digambarkan seperti berudu atau bola raket mini yang terdiri dari kepala dan ekor. Bagian kepala bersifat hidrofilik, merupakan bagian polar. Bagian kepala dapat berupa anion, kation, atau nonion. Sedangkan bagian ekor bersifat hidrofobik berupa rantai hidrokarbon yang dapat larut dalam zat non polar. Surfaktan dapat diklasifikasikan menjadi empat kelompok, yaitu: anionik, kationik, nonionik, dan amfetorik. Gambar 3.10 Rinso Sumber: Koperasi.unimus.ac.id