PEMBUATAN BENZENE HEXACHLORIDA DARI BENZENE DAN CHLORINE


A. PENDAHULUAN

Benzene Hexachlorida (BHC) adalah bahan kimia organoklorin varian dari hexachlorocyclohexane yang telah digunakan baik sebagai insektisida pertanian dan sebagai pengobatan untuk kutu kudis.
Benzene Hexachlorida (BHC) berbentuk serbuk putih yang tidak larut dalam air, tetapi larut dalam benzen, karbon disulfida, kloroform, dan eter. Dalam kondisi lingkungan, ia memiliki degradasi sangat rendah.
Benzene Hexachlorida (C6H6Cl6) dibuat dari reaksi adisi antara benzene (C6H6) dan chlorine (Cl2) pada suhu operasi 20 – 40 oC dan tekanan 1 atm.

Proses pembuatan Benzene Hexachlorida dilakukan di dalam Reaktor Gelembung sebagai tempat terjadinya klorinasi yang beroperasi pada suhu 20-60 oC dan tekanan 1 atm,
Reaksinya sebagai berikut :
C6H6 + 3Cl2 C6H6Cl6
Benzene Hexachlorida (BHC) digunakan sebagai fungisida pada bibit di bidang pertanian. Senyawa ini juga digunakan dalam produksi karet sintetis, amunisi, dan kembang api. Seperti semua polutan organik yang persisten BHC tetap dalam lingkungan dan mengotori jaring makanan. Senyawa ini mengalami transportasi global dari daerah subtropis atau tropis terpencil, daerah kutub, di mana ia disimpan. BHC disimpan dalam lemak tubuh manusia dan satwa liar. Senyawa ini bioaccumulates, yakni ditemukan pada konsentrasi tinggi jauh ke atas rantai makanan.

B. SIFAT FISIS DAN SIFAT KIMIA BAHAN BAKU DAN PRODUK

1. Sifat fisis dan kimia bahan baku
a. Sifat Fisis dan Kimia Benzene
• Sifat fisis benzene
Merupakan cairan jernih, tidak berwarna mudah terbakar dan mempunyai bau yang khas senyawa aromatis.
Berat molekul : 78,11 g/mol
Titik didih : 80,1 oC
Titik lebur : 5,533 oC
Suhu kritis : 288,9 oC
Tekanan kritis : 48,3 atm
Berat jenis pada 20 oC : 0,879 g/cm3
(Perry, 1997)

• Sifat kimia benzene
 Halogenasi
Benzene bereaksi dengan brom dengan adanya ferribromida membentuk bromobenzene dan asam bromida.
Reaksi :
C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr
 Alkilasi
Benzene bereaksi dengan alkil halida dengan adanya aluminium klorida membentuk alkil benzene
Reaksi :
C6H6 + R-H → C6H5R + H-X
 Nitrasi
Benzene bereaksi dengan asam nitrat dengan atau tanpa adanya asam sulfat.
– Tanpa adanya asam sulfat
C6H6 + HNO3 → C6H5NO2 + H2O
– Dengan adanya asam sulfat
C6H6 + HNO3 → C6H5 NO2 + H2O
(Kirk & Othmer, 1992)

b. Sifat fisis dan kimia chlorine (Cl2)
• Sifat fisis chlorine
Merupakan gas berwarna kuning pada suhu kamar dan tekanan atmosfer. Chlorine berbau tidak enak dan mencekik pernapasan, iritasi terhadap hidung dan tenggorokan. Chlorine tidak mudah terbakar namun membantu pembakaran.
Berat molekul : 70,91 g/mol
Titik didih : -34,1 oC
Titik leleh : 101,17 oC
Suhu kritis : 144,15 oC
Densitas pada 20oC : 0,573 g/cm3
Tekanan kritis : 93,5 atm
(Carl.L.Yaws, 1999)

• Sifat kimia chlorine
Chlorine bersifat reaktif akan bereaksi dengan senyawa organik maupun anorganik
 Gas chlorine akan bereaksi dengan hidrogen dengan adanya katalis membentuk gas HCl
Reaksi :
Cl2 + H2 → 2 HCl
 Chlorine akan menggantikan kedudukan bromin dalam senyawa bromida
Reaksi :
Cl2 + 2KBr → Br2 + 2KCl
 Chlorine dapat melepaskan atom hidrogen dari senyawa aromatis
Reaksi :
Cl2 + CH4 → CH3Cl + HCl
CL2 + C6H6 → C6H5Cl + HCl
 Chlorine dapat bereaksi dengan amonia cair membentuk monochloramine, dichloramine, nitrogen trichlorida.
(Carl.L.Yaws, 1999)

2. Sifat fisis dan kimia produk
a. sifat fisis Benzene Hexachlorida
 Rumus molekul : C6H6Cl6
 Berat molekul : 284,80 g/mol
 Bentuk : kristal putih, yang tidak
larut dalam air, tapi larut dalam dietil eter, benzene, etanol, dan kloroform
 Titik didih : 323-326 oC
 Titik leleh : 231 oC
 Densitas : 2,04 g/cm3
(www.en.wikipedia.org)

b. Sifat kimia Benzene Hexachlorida
 Memiliki reaktivitas biokimia dan kimia yang sangat rendah, tercermin dalam resistensi terhadap lingkungan
 Mudah terbakar pada suhu tinggi
 Terurai pada pemanasan
 Menghasilkan asap beracun
 Bereaksi keras dengan formamida dimetil diatas 65oC
(www. chem-is-try.org)

C. SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK

Spesifikasi Bahan Baku
 Benzene
 Rumus molekul : C6H6
 Berat molekul : 78,11 g/mol
 Bentuk : cairan jernih
 Bau : khas senyawa aromatis
 Titik didih : 353, 1 K
 Titik nyala : 262 K
 Titik leleh : 278,5333 K
 Suhu kritis : 561,9 K
 Spesific gravity : 0,879
 Kemurnian : min 99,7%
 Impuritas : toluene maks 0,2%

 Chlorine
 Rumus molekul : Cl2
 Berat molekul : 70,91 g/mol
 Bentuk : cairan pada suhu -34 oC
 Bau : pedas, tajam
 Titik didih : 239,10 K
 Titik leleh : 172,17 K
 Suhu kritis : 417,15 K
 Impuritas : HCl maks 0,2%

Spesifikasi produk utama
 Benzene Hexachlorida
 Rumus molekul : C6H6Cl6
 Berat molekul : 284,80 g/mol
 Bentuk : kristal putih, yang tidak larut dalam
air, tapi larut dalam dietil eter, benzene, etanol, dan kloroform
 Titik didih : 323-326 oC
 Titik leleh : 231 oC
 Densitas : 2,04 g/cm3
Spesifikasi katalis (sinar actinic)
Sinar actinic adalah sinar yang dapat memicu terjadinya reaksi kimia, yaitu sinar pada panjang gelombang 420-450 nm. Sinar ini dapat menembus air lebih kuat daripada sinar dengan paanjang gelombang lebih dari 450 nm.
(www.forum.o-fish.com)

D. DESKRIPSI PROSES
1. Tinjauan proses secara umum
Klorinasi didefinisikan sebagai suatu proses dimana satu atau lebih atom chlorine dibentuk menjadi suatu senyawa kimia. Secara umum reaksi ini menyebabkan perubahan densitas, viskositas, dan reaktifitas kimia dari senyawa organik menjadi naik.
Secara umum klorinasi aromatis bertujuan untuk mendapatkan produk yang mempunyai nilai tambah untuk dijual sebagai bahan baku produk lain. Demikian juga dengan klorinasi benzene yang mengahasilkan produk monochlorobenzene, dichlorobenzene, dan trichlorobenzene.
Proses klorinasi benzene secara teori dapat dilakukan dengan dua cara yaitu :
a. Cara Substitusi
Klorinasi substitusi yaitu suatu atom (gugus fungsional) dari senyawa parafin atau aromatis disubstitusi dengan atom chlorine.
Untuk cara ini klorinasi benzene dilakukan dengan bantuan katalis. Katalis yang sering digunakan yaitu FeCl3, AlCl3, dan SnCl4. Katalis FeCl3 lebih sering digunakan karena dapat mengurangi terbentuknya reaksi samping yakni terbentuknya dichlorobenzene.
Reaksi yang terjadi antara benzene cair dan gas chlorine dengan adanya katalisator FeCl3 adalah reaksi ionik dengan mekanisme sebagai berikut :
FeCl3¬ + Cl2 → FeCl4 + Cl-
C6H6 + Cl- → C6H5Cl + H+
H+ + FeCl4 → FeCl3 + HCl
(www.chemfinder.com)

b. Cara Adisi
Klorinasi benzene adisi yang dilakukan pada suhu rendah (20 – 40oC), akan menghasilkan campuran dari 5 isomer yaitu 1,2,3,4,5 hexachlorocyclohexane.
Reaksi :
C6H6 + 3Cl2 → C6H6Cl6

2. Konsep Proses
Benzene Hexachlorida merupakan salah satu produk yang digunakan sebagai pemberantas hama penyakit tanaman dari berbagai macam insekta. Proses pembuatan Benzene Hexachlorida dilakukan di dalam Reaktor Gelembung sebagai tempat terjadinya klorinasi yang beroperasi pada suhu 20-60 oC dan tekanan 1 atm,
Reaksinya sebagai berikut :
C6H6 + 3Cl2 C6H6Cl6
Reaksi berlangsung pada fase gas-cair , irreversible, eksotermis, isothermal, dan non adiabatis. Proses pembuatan Benzene Hexachlorida menggunakan bahan baku Benzene dan Chlorine dengan adanya sinar actinic. Alat utama yang digunakan dalam proses ini adalah Reaktor, Evaporator, Kristalisator, Boiler.

3. Mekanisme Reaksi
Reaksi yang terjadi antara benzene cair dan gas chlorine dengan adanya cahaya actinic adalah reaksi adisi yang menghasilkan benzene hexachlorida.
Reaksi :
C6H6 + 3Cl2 C6H6Cl6

4. Tinjauan Kinetika
Tinjauan secara kinetika untuk reaksi klorinasi benzene dapat dilihat dengan persamaan sebagai berikut :
k = A exp (-Ea/RT)
dengan :
k = konstanta kecepatan reaksi
A = faktor tumbukan
Ea = energi aktivasi
R = konstanta gas ideal
T = suhu
Dari persamaan tersebut, karena reaksi berlangsung secara eksotermis, maka harga konstanta kecepatan reaksi akan semakin besar seiring dengan penurunan suhu, artinya reaksi pembentukan produk juga akan semakin cepat.
Selain itu, dengan adanya katalis sinar actinic, akan menurunkan energi aktivasi sehingga nilai konstanta kecepatan reaksinya semakin besar dan dapat mempercepat reaksi.

5. Tinjauan Termodinamika
Reaksi klorinasi benzene menjadi benzene hexachlorida bersifat eksotermis dan irreversibel, hal ini dapat dilihat dari tinjauan termodinamika.
Untuk menentukan sifat reaksi apakah berjalan eksotermis atau endotermis maka perlu perhitungan dengan menggunakan panas pembentukan standar (ΔHfo) pada 1 atm dan 298 K dari reaktan dan produk.
Pada suhu kamar (25 oC = 298 K), diketahui data-data sebagai berikut :
ΔHfo 298 C6H6 = 82, 98 kj/mol
ΔHfo 298 Cl 2 = 0 kj/mol
ΔHof 298 C6H6Cl6 = -33,89 kj/mol

Reaksi utama :
C6H6 + 3Cl2 C6H6Cl6

Maka, kita dapat menghitung
 ΔHof 298 = ΔHof produk – ΔHof reaktan
= ΔHof 298 C6H6Cl6 – (ΔHof 298 C6H6 +
ΔHof 298 Cl2 )
= -33,89 kj/mol – (82,98 kj/mol + 3.0 kj/mol)
= -116,87 kj/kmol
Karena, nilai ΔHo bernilai negatif, maka reaksi bersifat eksotermis

Pada suhu kamar (25 oC = 298 K), diketahui data-data sebagai berikut :
ΔGof 298 C6H6 = 129,665 kj/mol
ΔGof 298 Cl 2 = 0 kj/mol
ΔGof 298 C6H6Cl6 = 44,18 kj/mol
Sehingga, didapatkan :
 ΔGof 298 = ΔGof produk – ΔGof reaktan
= ΔGof 298 C6H6Cl6 – (ΔGof 298 C6H6 +
ΔGof 298 Cl2)
= 44,18 kj/mol – (129,665 kj/mol + 0 kj/mol)
= -85,485 kj/mol
Dari Smith Van Ness Equation :
ΔGo = -RT ln K
Dimana :
ΔGo = energi bebas gibbs
R = tetapan gas ideal (8,314 . 10-3 kj/mol)
T = temperatur standar (298 K)
K = konstanta kesetimbangan reaksi

Sehingga didapatkan :
 ΔGo = -RT ln K
-85,485 kj/mol = -8,314 .10-3 kj/mol K . 298 K . ln Ko
Ko = 9,658 . 1014

 Pada kondisi operasi 40oC = 313 K
Dengan menggunakan Smith Van Ness Equation (15.17)

Dengan : Ko = konstanta kesetimbangan pada 298 K
K = konstanta kesetimbangan pada suhu
operasi (40oC = 313 K).
T1 = suhu standar (298 K )
T2 = suhu operasi (313 K )
R = tetapan gas ideal (8,314 . 10-3 kj/mol)
ΔHo = panas reaksi standar pada 298 K

Sehingga didapatkan :

Harga konstanta kesetimbangan adalah >> 1 maka reaksi berlangsung searah, ke arah kanan (irreversible).

6. Diagram alir proses pembuatan Benzen Hexachlorida

Keterangan :
1. Reaktor
2. Evaporator
3. Kristalisator
4. Filter
5. Tangki reslurry
6. Boiler benzene
7. Tangki destilasi
8. Cetakan
9. Penggilingan

Langkah proses
1. Benzene hexachlorida dibuat dengan reaksi benzene dan chlorine dengan adanya sinar actinic (karena sinar gamma dapat ampuh membunuh kuman) pada fase cair.
2. Chlorine dikontakkan dengan benzene secara terus-menerus dalam reaktor dengan lampu gas merkuri.
3. Reaktor dioperasikan pada tekanan atmosfer dan temperatur 20-60oC.
4. Konsentrasi BHC dalam reaktor dikontrol pada 12-15% untuk mencegah pengendapan isomer yang sedikit larut.
5. Hasil reaksi dikonsentratkan dengan menguapkan benzene pada evaporator untuk dikembalikan ke arus BHC cair kemudian dipompa ke kristalisator yang bersuhu 35-40oC, beberapa isomer α dan β mengkristal.
6. Setelah difiltrasi, filtrat yang dihasilkan didestilasi dan bagian dasar yang melebur dituang dalam panci logam untuk didinginkan dan dipadatkan.
7. Fase yang terkristalisasi (sekitar 24% γ isomer) dimasukkan dalam penggilingan untuk menghasilkan ukuran partikel BHC yang diinginkan.

3 thoughts on “PEMBUATAN BENZENE HEXACHLORIDA DARI BENZENE DAN CHLORINE

  1. taufiqurrokhman mengatakan:

    terima kasih atas tulisannya,,
    sangat membantu sekali..

  2. anggit mengatakan:

    apakah senyawa tersebut beracun??
    thanks

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s