Pembuatan Gas Hidrogen

                       I.      Pendahuluan

          A.   Latar Belakang

Kendaraan seperti mobil, motor, pesawat terbang, kapal laut, mesin – mesin di industri dan lain–lain semuanya memerlukan bahan bakar untuk menggerakan/mengoperasikannya. Dari dulu sampai saat ini bahan bakar yang digunakan adalah bahan bakar fosil, minyak bumi, batu bara dan lainnya dan sekarang semua sumber daya alam ini diramalkan akan habis dalam kurun waktu kurang lebih 20 tahun kedepan. Belum lagi dengan kenaikan bahan bakar minyak (BBM) yang terjadi saat ini mengharuskan umat manusia berpikir keras dalam menciptakan energi alternatif terbarukan yang dapat menopang berlangsungnya kehidupan sehari – hari kita sebagai manusia. Masalah energi yang terjadi ini harus segera dicari solusinya. Di saat inilah ditemukan suatu energi alternatif yang menggunakan hidrogen dan oksigen sebagai bahan baku utamanya, yang kita sebut dengan fuel cell. Yang mana, apabila energi alternatif ini berhasil dikembangkan di seluruh dunia akan betapa berkurangnya polusi di alam semesta ini, karena fuel cell merupakan energi alternatif yang ramah lingkungan dan sumber daya alam yang selama ini dijadikan sebagai bahan baku pembentukan energi akan tetap bisa kita lihat dan diperkenalakan pada generasi berikutnya..

Namun, adanya kendala dalam bahan baku hidrogen yang sangat terbatas di alam menyebabkan kita manusia harus berpikir kembali bagaimana menciptakan gas hidrogen dalam jumlah yang banyak dari bahan – bahan yang sudah ada sebelumnya baik dari alam maupun proses sintesis kimia. Ditemukannya limbah alumunium yang dapat menjadi sumber gas hidrogen apabila dicampurkan dengan basa atau asam menjadi salah satu cara yang dapat diperhitungkan untuk memproduksi gas hidrogen dalam jumlah yang cukup banyak. Selain itu ini merupakan cara yang terbaik dalam menanggulangi masalah lingkungan terhadap limbah alumunium itu sendiri. Kendaraan yang selama ini menjadi sumber utama polusi akan mulai dapat teratasi dengan dikembangkannya energi alternatif berbahan baku gas hidrogen dan oksigen ini. bahkan di beberapa negara energi terbarukan ini telah diterapkan untuk kendaraan pribadi ataupun truk.  Jadi meskipun dari limbah kita tetap bisa memproduksi gas hidrogen yang akan menjadi sangat penting di masa depan untuk menghasilkan energi yang akan digunakan dalam segala aktifitas kehidupan manusia.

         B.    Maksud dan Tujuan

Praktikum ini dimaksudkan agar praktikan dapat memproduksi gas hidrogen menggunakan reaktor yang telah dirancang sendiri.

Tujuan dari praktikum ini adalah praktikan mengetahui seberapa banyak gas hidrogen yang dihasilkan dari reaktor rancangan tersebut.

         C.    Waktu dan Tempat

Praktikum ini dilaksanakan pada hari Kamis, 12 September 2013 pukul 13.00 WIB. Praktikum ini dilakukan di laboratorium kimia anorganik Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.

      II.      TINJAUAN PUSTAKA

Hidrogen berasal dari bahasa latin hydrogenium atau bahasa Yunani hydro yaitu air dan genes yang berarti pembentukan. Hidrogen telah digunakan bertahun-tahun sebelum akhirnya dinyatakan sebagai unsur yang unik oleh Cavedish pada tahun 1776. Hidrogen diperkirakan membentuk komposisi lebih dari 90% atom-atom di alam semesta (sama dengan tiga perempat masa alam semesta). Unsur ini ditemukan di bintang-bintang dan memainkan peranan yang penting dalam memberikan sumber energi jagad raya melalui reaksi-reaksi proton-proton dan siklus karbon-nitrogen. Proses fusi atom-atom hydrogen menjadi helium di matahari menghasilkan jumlah energi yang sangat besar. Hydrogen dalam bnetuk cair sangat penting untuk bidang penelitian suhu rendah (cryogenics) dan studi uperkonduktivitas karena titik cairnya hanya 20 derajat di atas 0 Kelvin.

Hidrogen adalah gas yang tidak berwarna, tdak berbau dan tidak berasa. Dikenal tiga isotophidrogen, yaitu : ¹H, ²H (deutrium atau D), ³H (tritium atau T). Walaupun isotop efek paling besar bagi hidrogen, untuk membenarkan penggunaan nama yang berlainan bagi dua isotop yang lebih berat, maka sifat H, D dan T pada hakikatnya serupa, kecuali dalam hal seperti laju dan tetapan kesetimbangan reaksi. Bentuk normal unsurnya adalah molekul diatom, berbagai kemungkinannya adalah H2,D2, T2, HD, HT.

            Hidrogen merupakan unsur yang sangat aktif secara kimia, sehingga jarang sekali ditemukan dalam bentuk bebasnya. Dialam, hidrogen terdapat dalam bentuk senyawa dengan unsur lain, seperti dengan oksigen dalam air atau dengan karbon dalam metana.Sehingga untuk dapat memanfaatkannya, hidroen harus dipisahkan terlebih dahulu dari senyawanya agar dapat digunakan sebagai bahan bakar. Hidrogen terdapat dialam mengandung 0,0156 % deutrium. Sedangkan tritium (terbentuk secara terus menerus di lapisan atas atmosfer pada reaksi inti yang direduksi oleh sinar kosmik) terdapat dialam hanya dalam jumlah yang sangat kecil, kira-kira sebanyak 1 per 1017, dan bersifat radioaktif (B-, 12,4 tahun).  

Hidrogen merupakan unsur yang paling  ringan dan paling sederhana yaitu mengandung 1 proton dan 1 elektron. Hidrogen dalam keadaan bebas berbentuk molekul gas diatomik, yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak dapat dirasakan. Hidrogen adalah unsur yang terdapat dialam dalam kelimpahan terbesar yaitu 93% tetapi hanya sedikit yang terdapat dibumi. Hidrogen merupakan penyusun utama (75%) atmosfer matahari. Dibumi, hidrokarbon dan senyawa organik lainnya. Molekul hidrogen merupakan gas yang paling ringan. Hidrogen cair mempunyai titik didih ─253°C dan titik beku ─259°C.

            Kelarutan dan karakteristik hidrogen dengan berbagai macam logam merupakan subjek yang sangat penting dalam bidang metalurgi dan dalam riset pengembangan cara yang aman untuk menyimpan hidrogen sebagai bahan bakar. Hidrogen sangatlah larut dalam berbagai senyawa yang terdiridari logam tanah nadir dan logam transisi dan dapat dilarutkan dalam larutan kristal  maupun logam amorf. Kelarutan hidrogen dalam logam disebabkan oleh distorsi setempat ataupun ketidakmurnian dalam ke kisi hablur logam. Hidrogen bereaksi secara langsung dengan unsur – unsur oksidator lainnya. Hidrogen bereaksi dengan spontan dan hebat pada suhu kamar dengan klorin dan flourin menghasilkan hidrogen halida berupa hidrogen klorida dan hidrogen fluorida.

Aluminium termasuk unsur yang banyak terdapat di kulit bumi. Umumnya aluminium ditemukan bergabung dengan silikon dan oksigen, seperti dalam alumininosilikat, yang terdapat dalam karang sebagai granit dan tanah liat. Logam aluminium berwarna putih, mengkilat, mempunyai titik leleh tinggi yaitu sekitar 660^oC, moderat lunak dan lembek lemah jika dalam keadaan murni, tetapi menjadi keras dan lunak jika dibuat paduan dengan logam-logam lain. Densitasnya dangat ringan sebesar 2,73 gcm-3. aluminium merupakan konduktor panas dan konduktor listrik yang baik, namun sifat ini lebih rendah dibandingkan dengan sifat konduktor tembaga. Atas dasar sifat-sifat tersebut, logam aluminium sangat banyak manfaatnya. Dalam industri rumah tangga, misalnya untuk peralatan masak/dapur, dalam induustri makanan misalnya untuk pembungkus makanan, kaleng minuman, pembugkus pasta gigi dan lain sebagainya. Serbuk aluminium terbakar dalam api menghasilkan debu awan aluminium oksida menurut persamaan reaksi:
4Al(s) + 3O₂(g) → 2Al₂O₃(s). logam aluminium bersifat amfoterik, bereaksi dengan asam kuat membebaskan gas hydrogen, dan dengan basa membentuk aluminat dan gas hydrogen menurut persamaan reaksi: (Sugianto, 2003: 4.3-4.5).
2Al(s) + 6H₃O⁺(aq) → 2Al³⁺⁽aq) + 6H₂O(l) + 3H₂(g)
2Al(s) + OH^-(aq) + 6H₂O(l)→ 2[Al(OH)₄]^-(aq) +3H₂(g)

      III.      ALAT DAN BAHAN

       a.    Alat  :

1.     Botol kaca bekas yang bersih dan kering 1 buah

2.    balon 1 buah

3.    wadah plastik

       b.    Bahan :

1.     NaOH 0,1 M

2.    limbah alumunium

3.    aquades

       IV.      CARA KERJA

Cara pembuatan gas hydrogen :

  1.     Siapkan alat dan bahan

  2.  Timbang alumunium seberat 5 gram, kemudian Potong kecil alumunium tersebut ± 5-6cm,

  3.    Isi setengah wadah plastic dengan air

  4.    Masukan 10 ml NaOH 0,1 M ke dalam botol lalu masukan potongan alumunium   

  5.   Segera pasang balon di mulut botol dengan kencang. Lalu masukan botol yang telah terpasang balon ke dalam wadah plastic yang telah berisi air tadi. Amati reaksi apa yang terjadi !

  6.   Sesekali goyangkan botol perlahan – lahan, tapi jangan sampai balonnya lepas

  7.    Hitung volume gas yang ada dalam balon dan jelaskan reaksinya

V. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

Hasil Pengamatan

Percobaan ke I :

50ml NaOH 2M, 0.1 gram alumunium

Keliling = 17,5 cm

K     = 2 . π . r

17,5 = 2 . 3,14 . r

r     = 2,78 cm

Mol NaOH = 50ml . 2M = 100mmol = 0,1mol ≈ Mol H₂

1 mol = 22,4 L =>

Volume gas H₂= 0,00555 . 22,4 = 0,12432 L

Percobaan ke II :

50ml  NaOH 2M, 0.2 gram alumunium

Keliling = 25,1 cm

K     = 2 . π . r

25,1 = 2 . 3,14 . r

r      = 3,9cm

Mol NaOH = 50ml . 2M = 100mmol = 0,1mol ≈ Mol H₂

1 mol = 22,4 L =>

Volume gas H₂= 0,0111 . 22,4 =  0,249 L

Percobaan ke III :

50ml  NaOH 2M, 0.4 gram alumunium

Keliling = 30,9 cm

K      = 2 . π . r

30,9 = 2 . 3,14 . r

r       = 4,92 cm

Mol NaOH = 50ml . 2M = 100mmol = 0,1mol ≈ Mol H₂

1 mol = 22,4 L =>

Volume gas H₂= 0,0225 . 22,4 =  0,504 L

Percobaan ke IV :

50ml NaOH 2M, 0.8 gram alumunium

                         

Keliling = 33,8 cm

K      = 2 . π . r

33,8 = 2 . 3,14 . r

r       = 5,38 cm

Mol NaOH = 50ml . 2M = 100mmol = 0,1mol ≈ Mol H₂

1 mol = 22,4 L =>

Volume gas H₂= 0,045 . 22,4 =  1,008 L

Pembahasan

Dalam percobaan ini, kami melakukan percobaan sebanyak 4 kali dengan massa alumunium yang berbeda – beda yaitu 0.1, 0.2, 0.4, dan 0.8 gram namun volume NaOH tetap sama yaitu 50ml, hasilnya percobaan 1 didapatkan volume gas hydrogen 0,0899 liter, percobaan 2 didapat volume gas hydrogen 0,2483 liter, percobaan 3 didapatkan volume gas hydrogen 0,4986 liter dan percobaan 4 didapat volume gas hydrogen 0,6519 liter. Perbedaan volume gas yang terbentuk pada percobaan 1, 2, 3, dan 4 dipengaruhi oleh perbedaan massa dari alumunium, semakin besar massa aluminium yang direaksikan dengan NaOH, semakin banyak gas hydrogen yang akan dihasilkan karena alumunium mudah terkikis oleh ion OH-.

Reaksi yang dihasilkan dari pencampuran antara NaOH dan alumunium akan menghasilkan 3 mol gas hydrogen.

2 Al (s)  +  6 H₂O (l)  →  2 Al(OH)₃ (aq)  +  3H₂ (g)

Namun NaOH disini hanya berperan sebagai katalis karena konsentrasi NaOH yang kami gunakan bisa dibilang masih dalam konsentrasi yang rendah, hanya 2 M sehingga tidak akan menjadi reaktan pada alumunium.

Setelah gas hydrogen terperangkap dalam balon kami melakukan pengujian untuk memastikan apakah gas tersebut benar – benar gas hydrogen yaitu dengan cara balon yang telah terisi gas hydrogen tersebut dibakar dengan api kecil sehingga menghasilkan ledakan yang cukup besar dengan percikan api. Gas hydrogen mudah meledak karena gas ini mudah berikatan dengan atom lain. Ia memiliki energi aktivasi yang rendah, dan sangat tidak stabil.

Dalam percobaan yang telah dilakukan ini, terjadi beberapa kesalahan, dapat dilihat dari rata – rata kesalahan teoritis yaitu 15, 9 %. Kesalahan ini mungkin disebabkan karena faktor teknis yaitu pemasangan balon yang kurang rapat, kebocoran balon dan proses pembuatan larutan NaOH yang kurang homogen.

VI. KESIMPULAN

Dari praktikum kali ini, disimpulkan bahwa semakin besar massa aluminium yang direaksikan dengan NaOH maka semakin banyak gas hydrogen yang akan dihasilkan.

VII. DAFTAR PUSTAKA
Cotton dan Wilkinson. 2013. Kimia anorganik dasar. Jakarta : penerbit UI press
journal.uinjkt.ac.id/index.php/valensi/article/download/236/151

VIII. LAMPIRAN

Keterangan :

1. 50ml NaOH 2M, 0.1 gram alumunium menghasilkan gas hydrogen sebanyak volume = 
    89,9cm³ => 0,0899 L

2. 50ml NaOH 2M, 0.2 gram alumunium menghasilkan gas hydrogen sebanyak volume = 
    248,3 cm³ => 0,2483 L

3. 50ml NaOH 2M, 0.4 gram alumunium menghasilkan gas hydrogen sebanyak volume = 
    498,6 cm³ => 0,4986 L

4. 50ml NaOH 2M, 0.8 gram alumunium menghasilkan gas hydrogen sebanyak volume = 
    651,9 cm³ => 0,6519 L