Hydrogen Storage

Tujuan percobaan

• Mendesain alat yang mampu menyimpan gas hydrogen hasil reaksi logam alumunium dengan larutan basa

• Menguji apakah gas hydrogen yang dihasilkan berdaya guna dengan alat pengujian hydrogen

Dasar teori

Hidrogen (bahasa Latin: hydrogenium, dari bahasa Yunani: hydro: air, genes: membentuk) adalah unsur kimia pada tabel periodik yang memiliki simbol H dan nomor atom 1. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen tidak berwarna, tidak berbau, bersifat non-logam, bervalensi tunggal, dan merupakan gas diatomik yang sangat mudah terbakar. Dengan massa atom 1,00794 amu, hidrogen adalah unsur teringan di dunia.

Hidrogen juga adalah unsur paling melimpah dengan persentase kira-kira 75% dari total massa unsur alam semesta. Kebanyakan bintang dibentuk oleh hidrogen dalam keadaan plasma. Senyawa hidrogen relatif langka dan jarang dijumpai secara alami di bumi, dan biasanya dihasilkan secara industri dari berbagai senyawa hidrokarbon seperti metana. Hidrogen juga dapat dihasilkan dari air melalui proses elektrolisis, namun proses ini secara komersial lebih mahal daripada produksi hidrogen dari gas alam.

Isotop hidrogen yang paling banyak dijumpai di alam adalah protium, yang inti atomnya hanya mempunyai proton tunggal dan tanpa neutron. Senyawa ionik hidrogen dapat bermuatan positif (kation) ataupun negatif (anion). Hidrogen dapat membentuk senyawa dengan kebanyakan unsur dan dapat dijumpai dalam air dan senyawa-senyawa organik. Hidrogen sangat penting dalam reaksi asam basa yang mana banyak reaksi ini melibatkan pertukaran proton antar molekul terlarut. Oleh karena hidrogen merupakan satu-satunya atom netral yang persamaan Schrödingernya dapat diselesaikan secara analitik, kajian pada energetika dan ikatan atom hidrogen memainkan peran yang sangat penting dalam perkembangan mekanika kuantum.

Kelarutan dan karakteristik hidrogen dengan berbagai macam logam merupakan subyek yang sangat penting dalam bidang metalurgi (karena perapuhan hidrogen dapat terjadi pada kebanyakan logam) dan dalam riset pengembangan cara yang aman untuk meyimpan hidrogen sebagai bahan bakar. Hidrogen sangatlah larut dalam berbagai senyawa yang terdiri dari logam tanah nadir dan logam transisi dan dapat dilarutkan dalam logam kristal maupun logam amorf. Kelarutan hidrogen dalam logam disebabkan oleh distorsi setempat ataupun ketidakmurnian dalam kekisi hablur logam.

Alat dan bahan

• Balon karet 1 bungkus

• Botol kaca 1 buah

• Selang plastic

• Larutan NaOH 3 M

• Alumunium foil

Prosedur kerja

1. Dibuat larutan NaOH 3 M 
2. Disiapkan alat- alat yang diperlukan 
3. Lembaran alumunium foil di sobek kecil- kecil untuk mempercepat laju rekasi dengan memperbesar luas permukaan sentuh 
4. Masukkan larutan NaOH kedalam botol 
5. Masukkan alumunium foil juga kedalam botol, lalu tutup segera botol tersebut 
6. Pegang ujung balon yang sudah tersambung dengan selang, 
7. Lalu uji gas hydrogen yang terdapat pada balon dengan alat penguji gas hydrogen apabila lampu pada alat penguji menyala berarti gas hydrogen yang dihasilkan bisa digunakan untuk alternative energy

Perhitungan

3M NaOH sebanyak 250 ml

  M = n/V        

    n = M.V

    n = 3.0,25

       = 0,75 mol                   

Dik; Mr NaOH = 40

Gram NaOH yang diperlukan adalah 0,75X40 =30 gr naoh yang dilarutkan dalam aguadest sampai volume 250 ml untuk mendapatkan konsentrasi NaOH 3M.

Hasil dan pembahasan

Dari percobaan ini, gas hydrogen yang dihasilkan berhasil diujikan pada alat pengujian gas hydrogen, terlihat pada saat gas hodrogen dialirkan, lampu pada alat penguji menyala.kekurangan terjadi pada alat penyimpanna gas hydrogen yang di desain kelompok kami, masih mempunyai kekurangan yaitu adanya kebocoran pada tutup botol yang di gunakan, tidak dapat menutup botol secara rapat, akibatnya gas hydrogen yang hasilkan menyebar keluar botol . dan alat penyimpanan ini menjadi tidak efektif .

Kesimpulan

Dari percobaan ini dapat simpulkan kelompok kami berhasil memperoleh gas H2 dari rekasi alumunium dengan larutan NaOH namun kekurangan ada pada alat yang kami desain karena masih bocor, belum mampu menyimpan gas H2 secara benar.

Pembahasan

Gambar.1

Kekurangan dari rangkaian alat diatas adalah adanya kemungkinan kebocoran pada sambungan selang dan tutup botol.  Dan sulit untuk melakukan uji pembakaran.

Gambar.2

Pada saat percobaan dengan menggunakan rangkaian diatas, terjadi kebocoran pada balon. Sehingga praktikan harus mengulang percobaan tersebut.

Alasan digunakannya Al yaitu karena pada deret kereaktifan logam, posisi Al berada di sebelah kiri hydrogen, sehingga bersifat reaktif atau semakin mudah melepas electron dan semakin mudah mengalami oksidasi (reduktor yang kuat), sehingga memenuhi syarat untuk membentuk gas hydrogen.

Aluminium merupakan logam amfoter. Mengapa dikatakan amfoter? Apa arti amfoter? Suatu zat bersifat amfoter berarti zat tersebut dapat bersifat asam saat direaksikan dengan basa kuat, misalnya NaOH. Dapat bersifat basa apabila zat tersebut direaksikan dengan asam kuat, contohnya asam khlorida, HCl. Pada percobaan pembuatan gas hydrogen dari alumunium, variasi penggunaan alat dilakukan untuk menentukan cara yang paling optimal dalam memproduksi gas hydrogen.

Pada percobaan ini pengikisan permukaan logam aluminium dianggap sebagai tolok ukur, sehingga semakin banyak pengikisan permukaan logam aluminium oleh larutan perendaman maka semakin banyak nuklida-nuklida aktif yang ikut lepas. Namun pada pelaksanaannya pengikisan permukaan juga dibatasi, dari segi teknis maksimum tebal pengikisan permukaan yang diperbolehkan adalah 0,50 mm.

Pada percobaan ini dapat dilihat volume gas hydrogen yang didapatkan dari dua perhitungan terdapat perbedaan, perhitungan pertama (lihat table) dengan menggunakan jari- jari balon yang terisi gas hydrogen dengan Al 0,1gr didapatkan volume sebesar 0,087 dm³ Sedangkan mengukur nilai volume menggunakan nilai perbandingan di persamaan reaksi didapatkan 0,1232 liter.

Perbedaan ini didapatkan karena gas yang dihasilkan sedikit, sehingga tidak semua gas yang dihasilkan dari reaksi masuk kedalam balon tiup ukuran botol kaca yang luas membuat gas menempati ruang yang kosong dari botol kaca tersebut, kog dihasilkan. Karena konsentrasi yang digunakan hanya 1M sehingga kecepatan gas untuk sampai di balon menjadi lambat, konsentrasi NaOH yang kecil juga mempengaruhi banyaknya gas. bisa juga karena kulit balon yang tipis dan berpori- pori membuat gas hydrogen mudah untuk keluar. Aluminium oksida juga dapat menunjukkan sifat asamnya, dapat dilihat dalam reaksi dengan basa seperti larutan natrium hidroksida. Berbagai aluminat dapat terbentuk – senyawa dimana aluminium ditemukan dalam ion negatif. Hal ini mungkin karena aluminium memiliki kemampuan untuk membentuk ikatan kovalen dengan oksigen. Pada contoh natrium, perbedaan elektronegativitas antara natrium dan oksigen terlalu besar untuk membentuk ikatan selain ikatan ionik. Tetapi elektronegativitas meningkat dalam satu periode – sehingga perbedaan elektronegativitas antara aluminium dan oksigen lebih kecil. Hal ini menyebabkan terbentuknya ikatan kovalen diantara keduanya.

Pada prcobaan ini kelarutan kerapatan alumnium terhadap perendaman menggunakan larutan perendam NaOH. Yaitu pada perendaman menggunakan larutan NaOH, menunjukkan bahwa dengan semakin meningkatnya konsentrasi NaOH dan waktu proses perendaman maka dapat menaikkan kelarutan aluminium. Hal ini menunjukkan semakin banyak logam aluminium yang terkikis berarti semakin banyak nuklida nuklida yang menempel di logam yang terlepas.NaOH Bertindak sebagai katalis yang tidak ikut bereaksi namun mempercepat reaksi
Reaksi :

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

Al membentuk ion Al(OH)₄^-; berarti bilangan oksidasinya berubah dari nol menjadi +3. Sedang bilangan oksidasi H dari +1 menjadi nol. Berarti baik dalam asam maupun basa, reaksi redoks yang terjadi sebagai akibat dari sifat keamfoteran Al, ternyata perubahan bilangan oksidasinya sama.

Selain menggunakan balon,kelompok kami juga menggunakan alat dengan botol kaca disambungkan dengan selang plastic dan ada botol plastic yang  menampung gas hydrogen, prinsip yang digunakan sama seperti system hidrolik, namun tidak berhasil karena kecepatan gas untuk sampai ke botol plastic rendah.Sebelumnya untuk membuktikan bahwa hidrogen dapat dipakai sebagai pendesak air karena sifatnya yang tak larut dalam air terlebih dahulu hidrogen hasil reaksi dialirkan ke dalam botol plastic yang berisi dengan air dan kemudian tampak volume air dalam tabung semakin berkurang yang tergantikan oleh posisi hidrogen yang berupa udara kosong. Cara pembuatan hidrogen yang dalam praktikum ini adalah dengan mereaksikan aluminium dengan basa. Aluminium merupakan logam yang berwarna putih abu-abu (silver) yang melebur pada  suhu 659 C⁰, dan bila terkena udara akan teroksidasi pada permukaannya. Pembentukan hidrogen ini terjadi menurut persamaan :

2Al(s) + 6 NaOH (aq)dipanaskan 2Na3 AlO3(aq) + 3H2(g)

Timbulnya ledakan ketika dilakukan pembakaran melalui sumbu menandakan adanya gas hydrogen yang dilepaskan. Ini membuktikan salah satu sifat hydrogen yang eksplosif. Salah satu masalah dengan penggunaan solusi NaOH berair adalah sifat korosif cairan, yang dapat menyebabkan korosi pada peralatan system.

Manfaat aluminium

• Menghilangkan karat

Remas selembar foil, lalu gunakan untuk menggosok titik-titik karat dari bumper mobil dan batang besi tirai kamar mandi.

• Dijadikan corong

Anda kesulitan memasukkan refill minyak ke dalam botolnya? Gulung selembar foil membentuk kerucut, rekatkan dengan selotip, lalu jadikan corong. Mulailah menuang minyak menggunakan corong foil ini.

• Memancakan panas

Bungkus sepotong kayu lapis dengan foil, lalu selipkan di belakang radiator untuk merefleksikan panas ke ruangan. Tentunya, hal ini berlaku jika Anda tinggal di tempat yang berhawa dingin.

• Memelihara sabut baja

Letakkan sabut penggosok Anda di atas foil untuk menjauhkannya dari karat.

• Mengilapkan perak

Bungkus panci kaca dengan foil, tambahkan beberapa sendok makan baking soda, isi panci dengan air mendidih. Setelah itu, cemplungkan peralatan makan perak yang ternoda untuk membersihkannya dengan cepat.

Kesimpulan

Pada percobaan ini aluminium merupakan logam amfoter. Ketika sepotong lempeng aluminium di celupkan ke dalam larutan NaOH, maka terjadilah suaatu reaksi pengikisan permukaan logam aluminium. Pengikisan ini dianggap sebagai tolak ukur, sehingga semakin banyak pengikisan permukaan logam aluminium oleh larutan perendam (NaOH), Semakin banyak  pula nuklida-nuklida aktif  yang ikut lepas maka terbentuklah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Gas ini tentulah gas  hidrogen yang berasal dari ion-ion H⁺.

Reaksi logam aluminium dan larutan NaOH

2 Al(s) + 2 NaOH(aq) + 6 H₂O(l) → 2 NaAl(OH)₄(aq) + 3 H₂(g)

Saran

             Percobaan ini dilakukan sudah baik, namun cobalah untuk lebih teliti lagi, misalnya dalam memilih alat dan berhati2 dalam melakukan uji warna pada gas hidrogen saat pembakaran balon.

Hasil Pengamatan dan Perhitungan

Hasil Pengamatan
Berdasarkan pengukuran volume balon yang berisi gas H₂

Berat Al	Diameter balon	Jari-jari balon	Volume balon
0,1 gr	5,5 cm	2,75 cm	0,087 dm3
0,2 gr	12 cm	6 cm	0,0904 dm3
0,4 gr	23 cm	11,5 cm	0,06367 dm3
0,8 gr	38,5 cm	19,25 cm	0,029864 dm3

Perhitungan
Berdasarkan Perbandingan mol, dari massa Al dan Volume NaOH yang diketahui 
Diketahui: 
NaOH 1M 250 ml maka  n = 0,25 mol 
Al pertama = 0,1 gr    
n Al = gram Al /Ar Al = 0,1 gr / 27gr / mol = 0,0037 mol
      2 Al(s) + 2 NaOH(aq) + 6 H₂O(l) → 2 NaAl(OH)₄(aq) + 3 H₂(g) 
M : 0,0037 mol   0,25 mol               

R  : 0,0037 mol   0,0037 mol                 0,0037 mol        0,0055mol

S  :      0              0,246 mol                    0,0037 mol        0,0055mol

V gas = 22,4 x mol gas

          = 22,4 x 0,0055

          = 0,1232 liter 

Al kedua = 0,2 gr

n Al = gram Al /Ar Al = 0,2gr / 27gr / mol = 0,0074 mol

       2 Al(s) + 2 NaOH(aq) + 6 H₂O(l) → 2 NaAl(OH)₄(aq) + 3 H₂(g)

M :  0,0074 mol   0,25     mol                           

R  :  0,0074 mol   0,0074 mol                0,0074  mol         0,011mol

S  :       0              0,242    mol                0,0074 mol          0,011mol

V gas = 22,4 x mol gas
          = 22,4x 0,011
          = 0,246

Al ketiga  = 0,4 gr    

n Al = gram Al / Ar Al = 0,4gr / 27gr / mol = 0,014 mol

    2 Al(s)   +      2 NaOH(aq) +   6 H₂O(l) →    2 NaAl(OH)₄(aq) +    3 H₂(g)

M : 0,014 mol   0,25  mol                                

R  : 0,014 mol   0,014 mol                               0,014 mol             0,021mol

S  :        0           0,236 mol                               0,014 mol             0,014 mol

V gas = 22,4 x  mol gas

          = 22,4x 0,014

          = 0,3136 liter

Al keempat = 0,8 gr    

n Al = gram Al /Ar Al = 0,8gr / 27gr / mol = 0,029 mol

    2 Al(s) + 2 NaOH(aq) + 6 H₂O(l) → 2 NaAl(OH)₄(aq) + 3 H₂(g)

M : 0,029  mol   0,25 mol                                

R  : 0,029 mol    0,029 mol                 0,029 mol             0,043 mol

S  :             0      0,221 mol                  0,029 mol             0,043 mol

V gas = 22,4 x mol gas

          = 22,4 x 0,043

          = 0,963 liter