BAB II LANDASAN TEORI II.1. Teori Dasar ph ph atau derajat keasaman digunakan untuk menyatakan tingkat keasaaman atau basa yang dimiliki oleh suatu zat, larutan atau benda. ph normal memiliki nilai 7 sementara bila nilai ph > 7 menunjukkan zat tersebut memiliki sifat basa sedangkan nilai ph< 7 menunjukkan keasaman. ph 0 menunjukkan derajat keasaman yang tinggi, dan ph 14 menunjukkan derajat kebasaan tertinggi. Umumnya indicator sederhana yang digunakan adalah kertas lakmus yang berubah menjadi merah bila keasamannya tinggi dan biru bila keasamannya rendah. Selain menggunakan kertas lakmus, indicator asam basa dapat diukur dengan ph meter yang bekerja berdasarkan prinsip elektrolit/konduktivitas suatu larutan. Sistem pengukuran ph mempunyai tiga bagian yaitu elektroda pengukuran ph, elektroda referensi dan alat pengukur impedansi tinggi. Istilah ph berasal dari "p", lambang matematika dari negative logaritma, dan "H", lambang kimia untuk unsur Hidrogen. Defenisi yang formal tentang ph adalah negative logaritma dari aktivitas ion Hydrogen. ph adalah singkatan dari power of Hydrogen. ph = -log[h+]
II.2. Dasar pengukuran Drajat Keasaman Asam dan basa adalah besaran yang sering digunakan untuk pengolahan sesuatu zat, baik di industri maupun kehidupan sehari-hari. Pada industri kimia, keasaman merupakan variabel yang menentukan, mulai dari pengolahan bahan baku, menentukan kualitas produksi yamg diharapkan sampai pengendalian limbah industri agar dapat mencegah pencemaran pada lingkungan. Pada bidang pertanian, keasaman pada waktu mengelola tanah pertanian perlu diketahui. Untuk mengetahui dasar pengukuran derajat keasaman akan diuraikan dahulu pengertian derajat keasaman itu sendiri. Pada prinsipnya pengukuran suatu ph adalah didasarkan pada potensial elektro kimia yang terjadi antara larutan yang terdapat didalam elektroda gelas (membrane gelas) yang telah diketahui dengan larutan yang terdapat diluar elektroda gelas yang tidak diketahui. Hal ini dikarenakan lapisan tipis dari gelembung kaca akan berinteraksi dengan ion hydrogen yang ukurannya relative kecil dan aktif, elektroda gelas tersebut akan mengukur potensial elektro kimia dari ion hydrogen. Untuk melengkapi sirkuit elektrik dibutuhkan elektroda pembanding. Sebagai catatan alat tersebut tidak mengukur arus tetapi hanya mengukur tegangan.
Gambar 2.1. Skema Elektroda ph Meter II.3. Pengertian Derajat keasaman Untuk memahami pengertian dasar keasaman dibawah ini diuraikan secara ringkas tentang ionisasi. Bila suatu atom menerima energi tambahan dari luar, electron atom itu akan meningkat energi kinetiknya. Hal itu akan memindahkan tingkat energi electron ke tingkat yang lebih tinggi. Elektron akan berpindah menuju kulit yang lebih luar yang akhirnya jika energi yang diterima cukup besar dapat memisahkan electron dari atomnya. Dari atom ini akan didapatkan dua partikel yang masing-masing partikel bermuatan positif dan negatif. Partikel atom yang melepas elektronnya itu disebut ion positif. Atom juga bisa menerima elektron sehingga akan kelebihan electron. Partikel seperti ini juga disebut ion tetapi merupakan ion negatif. Molekul- molekul suatu zat yang dalam larutannya dapat menghantarkan arus listrik disebut elektrolit. Ion-ion negative bergerak menuju ke anode, oleh karena itu ion negative disebut anion. Ion positif bergerak menuju katode, oleh
karena itu ion positif disebut kation. Suatu larutan elektrolit, molekulnya terurai menjadi ion-ion. Air murni tergolong elektrolit lemah. Sebagian molekulnya terurai menjadi ion H - dan OH +. H2O------------- H + + OH - Dari persamaan diatas, 1 ion H + dan 1 ion OH - berasal dari penguraian 1 molekul H 2 O. Dengan demikian, konsentrasi ion H + sama dengan konsentrasi ion OH -. Larutan air seperti itu dinamakan dengan larutan Netral. Larutan yang mengandung ion H + berkonsentrasi lebih besar dari konsentrasi OH - dan disebut larutan Asam, sedangkan larutan yang mengandung konsentrasi ion H + lebih kecil dari konsentrasi ion OH - disebut larutan Basa. Larutan asam dapat menerima electron bebas, sedangkan basa dapat memberikan electron bebas. Banyaknya larutan yang terurai menjadi ion dinamakan derajat ionisasi. Besarnya berkisar antara 0 sampai 1. Suatu elektrolit yang derajat ionisasinya besar, mendekati 1 disebut elektrolit kuat, sedangkan yang derajat ionisasinya kecil mendekati 0 dinamakan elektrolit lemah. Ionisasi mempunyai tetapan kesetimbangan (K). Misal untuk air, kesetimbangannya dapat dihitung dengan rumus: Karena konsentrasi H 2 O relatif besar, maka persamaan ini dapat ditulis menjadi: K(H2O) = (H + ). (OH)
Dalam air murni dengan suhu 25 C, konsentrasi H + =10-7 mol/liter, sedangkan hasil kali konsentrasi H + dengan OH - =10-14. Konsentrasi H + = konsentrasi OH - =10-7. Untuk menentukan asam atau basa diperlukan skala ph seperti berikut. Basa kuat Netral Asam kuat 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 4% coustic soda Amoniak 10% Air laut Air murni susu bir 4% asam asetat Juice jeruk 5% asam sulfat Gambar 2.2. Skala ph untuk beberapa zat sehari-hari II.4. Asam Asam (sering diwakili dengan rumus umum HA) secara umum merupakan senyawa kimia yang bila dilarutkan dalam air akan menghasilkan larutan dengan ph lebih kecil dari 7. Dalam defenisi modern, asam adalah suatu zat yang dapat memberi proton (ion H+) kepada zat lain (yang disebut basa), atau dapat menerima pasangan elektron bebas dari suatu basa. Suatu asam bereaksi dengan suatu basa dalam reaksi penetralan untuk membentuk garam. Contoh asam adalah
asam asetat (ditemukan dalam cuka) dan asam sulfat (yang digunakan dalam baterai atau aki mobil) Asam umumnya berasa masam, walaupun demikian mencicipi rasa asam terutama asam pekat dapat berbahaya dan tidak dianjurakan. Secara umum Asam memiliki sifat-sifat sebagai berikut : Rasa : Masam ketika dilarutkan dalam air. Sentuhan : Asam terasa menyengat bila disentuh, terutama asam yang kuat. Kereaktifan : Asam bereaksi hebat dengan kebanyakan logam, yaitu korosif terhadap logam. II.5. Basa Definisi umum dari basa adalah senyawa kimia yang menyerap ion hydronium ketika dilarutkan dalam air. Basa adalah lawan dari asam, yaitu ditujukan untuk unsur/senyawa kimia yang memiliki ph lebih dari 7. Basa merupakan senyawa yang jika dilarutkan dalam air menghasilkan ion -OH. Secara umum Basa memiliki sifat-sifat sebagai berikut : Rasa : Tidak masam bila dilarutkan dengan air. Sentuhan : Tidak terasa menyengat bila disentuh. Kereaktifan : Kebanyakan tidak bereaksi terhadap logam. II.6. Kalorimetri Ada dua cara yang dikenal untuk mengukur ph yaitu Kalorimetri dan Elektrometri. Kalorimetri menggunakan suatu zat yang berubah warna, untuk
keadaan ph tertentu. Zat tersebut merupakan paduan dari asam basa lemah dan garamnya. Jika garam dari asam lemah berbeda warnanya dari asam yang terionisasi, hasil akhir warna larutan bergantung pada perbandingan dari kosentrasi kedua bentuk tadi. Cairan indikator yang biasa digunakan adalah penoftalin. Untuk mengamati warna ini diperlukan pengalaman pengamat yang berpengalaman bisa mencapai ketelitian 0,1 ph. Larutan yang gelap dan berwarna tidak dapat diamati dengan baik. Indikator yang tidak stabil dan larutan yang kuat akan mengoksidasi atau mereduksi. Penambahan indikator dapat pula mengubah nilai ph dari sampel. Cara lain adalah dengan menggunakan kertas lakmus yang dikenakan pada cairan sample. Kertas itu akan berubah warna dan dapat dicocokkan dengan warna standar. II.7. Potensiometri Kalorimetri yang telah diuraikan diatas tidak dapat mengukur ph secara kontinu disamping beberapa kelemahan lainnya. Untuk mengatasinya digunakan cara elektrometri atau potensiometri. Peralatan ukur ph elektrometri secara garis besar terdiri atas electrode ukur yang sensitive, electrode referensi, electrode kompensasi suhu, dan alat ukur tegangan antara electrode ukur dan referensi. Elektrode ukur untuk ph telah dikembangkan hingga bermacam-macam. Untuk pengukuran ph di indutri digunakan electrode ukur yang dikenal dengan electrode gelas. Elektrode gelas sensitive hanya pada ion hydrogen saja. Pada gambar 2.3. elektrode ukur terdiri atas tabung gelas yang didalamnya berisi larutan netral dengan ph tetap. Larutan ini disebut larutan Buffer. Disebelah luar
dari tabung gelas adalah larutan proses yang harus diukur. Dinding gelas dari tabung gelas mempunyai tahanan yang tinggi sekali. Elektrode ukur Elektrode Referensi Gambar 2.3. Elektrode Ukur dan Elektrode Referensi Dalam tabung gelas electrode ukur juga terdapat perak dan perak klorida yang berada dalam larutan buffer. Jika aktifitas ion hydrogen dari larutan proses lebih besar dari pada larutan yang ada di dalam tabung gelas, perbedaan tegangan menjadi positif. Jika konsentrasi ion dalam larutan proses lebih kecil akan didapat perbedaan potensial yang negative. Hubungan antara potensial dengan aktifitas ion hydrogen dinyatakan dengan rumus Nerst : E = Perbedaan potensial yang terukur E o = Konstanta Elektrode pada suhu 25 o C R = Konstanta Gas T = Suhu Mutlak o K
n = Muatan ion F = Angka Faraday sebagai Konstanta H + = Aktifitas Hidrogen Konstruksi Elektrode ukur yang lebih lengkap dapat dilihat pada gambar 2.4. Gambar 2.4. Elektrode ph Meter Modern 1. Bagian perasa electrode yang terbuat dari kaca yang sfesifik. 2. Larutan buffer. 3. Cairan HCL. 4. Elektroda ukur yang dilapisi perak. 5. Tabung gelas elektroda. 6. Elektroda referensi. 7. Ujung kawat yang terbuat dari keramik. Elektrode referensi terdiri atas tabung gelas yang berisi larutan potassium Klorida (KCL). Pada bagian bawah tabung gelas terdapat lubang halus (Orifice). Larutan KCL dapat kontak langsung dengan larutan proses diluar tabung gelas itu.
Kawat penghubung adalah perak yang dibagian luarnya dilapisi perak klorida. Perak klorida berhubungan dengan potassium klorida jenuh perak klorida. KCL jenuh disebut garam jembatan karena dapat berhubungan dengan larutan proses. Potensial antara KCL dengan larutan proses biasanya kecil dan akan bervariasi bergantung pada perubahan proses. Potensial keseluruhan dari electrode referensi dengan cara tersebut diatas, dapat dibuat konstan dan tidak terpengaruh oleh perubahan yang terjadi. Elektrode referensi membutuhkan pengulangan (Repeatability) dan ketelitian yang lebih tinggi. Elektrode referensi perlu diberi proteksi (Perlindungan) untuk mencegah terjadinya lapisan penghalang pada bagian lubang halus electrode. Kebocoran larutan proses, masuknya larutan kimia proses kedalam electrode referensi. II.8. Proses Pengolahan Kayu Pada PT. RAPP Gambaran umum tentang proses produksi PT. Riau Andalan Pulp and Paper (RAPP) Riau. PT. RIAU ANDALAN PULP AND PAPER adalah sebuah industri yang bergerak dibidang pengolahan pulp, yang merupakan bahan baku pembuatan kertas. Adapun bahan baku pembuatan pulp itu sendiri berasal dari kayu. Didalam proses pembuatan pulp pada PT. RAPP digunakan proses kimia dengan menggunakan bahan kimia NaOH dan Na 2 S, dimana akan dihasilkan pulp yang kuat. Secara diagram blok proses pembuatan pulp tersebut dapat digambarkan seperti dibawah ini:
LOGS (Batang Kayu) WOOD YARD FIBRELINE PULP MACHINE PULP KERING Gambar 2.5. Diagram Blog Proses Produksi Pulp 1. Wood Yard Pada unit ini dilakukan proses pemotongan kayu menjadi chip-chip yang berasal dari potongan kayu yang panjang. 2. Proses Fibreline Proses di Fiberline dapat digambarkan sebagai berikut: CHIPS DIGESTER WASHING/ SCREENING BLEACHING BLEACHEAD PULP Gambar 2.6. Diagram Blok Proses Produksi di Fibreline Unit ini merupakan unit pengolahan dari chip. Chip yang dikirim kedalam chipple dimasukkan kedalam digester dengan kapasitas 140 ton chip. a. Digester Digister adalah merupakan bejana yang digunakan untuk memasak pulp kimia dengan proses sulfat. Dalam pemasakan serpihan kayu (Chip) dengan proses Kraft (sulfat) digunakan larutan pemasak yang disebut Lindi Putih (White
Liquor). Senyawa kimia yang aktif yang terkandung dalam lindi puth adalah NaOH dan Na2S. Pemasakan dilakukan pada suhu 165 C sampai 170 C. b. Washing And Screening Didalam discharge tank dilakukan pencucian (washing) untuk menghilangkan sisa bahan kimia dalam pulp dengan menggunakan air pencucian seminimal mungkin. c. Bleaching Plan Bleaching Plant adalah area proses pemutihan yang bertujuan untuk menghasilkan derajat putih (Brightness) pulp dengan cara menghilangkan lignin yang tersisa pada proses pemasakan dan Delignifikasi Oxigen, dimana dalam area ini berlangsung empat tahap proses pemutihan sesuai bahan kimia yang digunakan 3. Pulp Machine Pulp Machine dirancang yang fungsinya untuk memisahkan air dari buburan pulp hingga kadar air pada pulp tinggal 10%. Setelah melalui proses pemutihan, maka pulp diproses kembali pada unit pulp machine dimana pada unit ini dilakukan proses pengeringan dan membentuknya menjadi sheet (lembaranlembaran) dengan ukuran tertentu yang tujuannya untuk mempermudah penanganan pengangkutannya.