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 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, September 2022

Penulis

i

KI dan KD 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

ii | K I d a n K D

Indikator Buku Pengayaan

ANALISIS INDIKATOR BUKU PENGAYAAN BERBASIS STEM PENGEMBANGAN BUKU PENGAYAAN BERBASIS STEM PADA MATERI HIDROLISIS GARAM Kompetensi Dasar 3 3.11

Menganalisis

kesetimbangan

Kompetensi Dasar 4 ion

dalam larutan garam dan menghubungkan pH-nya

4.11

Melaporkan percobaan tentang sifat

asam basa berbagai larutan garam

Indikator Pembelajaran

Indikator Buku Pengayaan

Menjelaskan konsep Hidrolisis Garam

Menjelaskan pengertian Hidrolisis garam

Hidrolisis garam

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

Sub-Materi

Komponen STEM Sains (Science)

Menganalisis jenis-jenis  Garam bersifat asam larutan garam  Garam bersifat basa berdasarkan asam-basa  Garam bersifat netral penyusunnya 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

iii

 Menuliskan reaksi hidrolisis garam dari garam dapur  Menuliskan reaksi hidrolisis garam dari monosodium glutamat

Menganalisis senyawa garam yang terdapat dalam produkproduk tertentu

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 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 sebagai bahan penjernihan air

tawas untuk

Menganalisis senyawa garam yang terdapat dalam tawas (Al2(SO4)3)

Menganalisis dapur (NaCl)

garam

Menguraikan karakteristik dan sifat garam dapur NaCl Menganilisis garam NaCl

Menganalisis Monosodium (C₅H₈NO₄Na) makanan

Glutamat pada

Konsep

pH

Menguraikan karakteristik dan sifat dari Monosodium Glutamat (C₅H₈NO₄Na)

iv | I n d i k a t o r B u k u P e n g a y a a n

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)

Menyajikan proses pembuatan sabun

Komponen dan pembuatan sabun

proses

Menyajikan proses pembuatan tawas skala industri

Komponen dan pembuatan tawas

proses

Menyajikan proses pembuatan garam dapur (NaCl) dalam skala industri

Komponen dan proses pembuatan garam dapur

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

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)

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

Menyajikan rancangan pembuatan berbagai macam produk dari garam

Teknologi (Technology)

Teknik (Engineering)

Matematika (Mathematic)

v

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

vi | I n d i k a t o r B u k u P e n g a y a a n

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

1

Jenis Hidrolisis Garam

2

Tetapan Hidrolisi Garam

4

pH Garam

6

BAB II : STEM Sejarah STEM

11

STEM di Indonesia

12

Komponen STEM

15

BAB III : HIDROLISI GARAM DALAM PERSPEKTIF STEM Hidrolisis Total

Pupuk DAP (Garam Diamonium fosfat)

17

vii

Hidrolisis Parsial Sabun (Garam Natrium stearat)

35

Tawas (Garam Aluminium sulfat)

63

MSG (Garam Monosodium glutamat)

83

Pupuk ZA (Garam Amonium sulfat)

101

Pupuk TSP (Garam Kalsium dihidrogen fosfat)

111

Tidak Terhidrolisis NaCl (Garam Natrium klorida)

viii | D a f t a r I s i

123

GLOSARIUM

135

DAFTAR PUSTAKA

136

BIOGRAFI PENULIS

141

Mengenal Hidrolisis Garam Kata hidrolisis berasal dari kata hidro yang berarti air, dan lisis yang berarti membelah atau penguraian. Istilah hidrolisis umum digunakan untuk reaksi suatu zat dengan air. Sedangkan garam adalah senyawa ionik yang terbentuk dari reaksi 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

1

Jenis-jenis Hidrolisis Garam Berdasarkan asam basa pembentuknya, garam terbagi menjadi empat jenis, yaitu garam yang terbentuk dari reaksi asam kuat dengan basa kuat, garam yang tebentuk dari rekasi asam kuat dengan basa lemah, garam yang terbentuk dari reaksi asam lemah dengan basa kuat, dan garam yang terbentuk dari reaksi asam lemah dengan basa lemah. 1) Garam yang berasal dari asam kuat dan basa kuat Air murni tersusun atas ion H3 O+ dan ion OH − yang sangat

kecil

dengan

konsentrasi yang sama. Ketika garam

yang

berasal

dari

asam kuat dan basa kuat di larutkan Gambar 1.2 garam dari asam kuat dan basa kuat Sumber: cholarzhub.com

akan

dalam

terionisasi

air,

maka

sempurna

menjadi ion dan kationnya. Contoh: NaCl, KNO3, Na2SO4

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, 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 H3 O+ dari molekul air, maka tidak mempengaruhi jumlah ion H3 O+ dan OH− dalam larutan, sehingga larutan tetap bersifat netral (pH = 7) karena [H+ ]=[ OH −]. Larutan tesebut tidak akan memerahkan lakmus biru dan tidak akan membirukan lakmus merah.

2|Hidrolisis Garam

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 NH4 Cl. 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) + H2 O(l) ⇌ NH3 (aq) + H3 O+(aq) Ion Cl− tidak memiliki afinitas terhadap H+ dalam molekul air, melainkan hanya terhidrasi secara sederhana. Garam yang kationnya merupakan asam konjugat dari basa lemah menghasilkan larutan yang bersifat asam (Sunarya, 2012). 3) Garam yang berasal dari asam lemah basa kuat Garam yang berasal dari asam kuat dan basa lemah akan mengalami hidrolisis sebagian yaitu pada anionnya, contohnya CH3 COONa. Ion Na+ merupakan asam konjugat yang lebih lemah dari air sehingga tidak mengubah sifat larutan. Sedangkan ion CH3 COO− basa konjugat dari asam lemah sehingga CH3 COO− dapat menarik proton (H+ ) dari molekul air dengan reaksi sebagai berikut: CH3 COO− (aq) + H2 O(l) ⇌ CH3 COOH(aq) + OH− (aq) 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 CH3 COONH4 (Mulyatun, 2015). Adapun persamaan reaksi hidrolisisnya adalah sebagai berikut: NH4 +(aq) + H2 O(l) ⇌ NH3 (aq) + H3 O+(aq) 3

CH3 COO−(aq) + H2 O(l) ⇌ CH3 COOH(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 terdapat dalam larutan.

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 + H2 O ⇌ K + + OH− + HCN reaksi hidrolisisnya ditulis sebagai berikut: CN − + H2 O ⇌ OH − + HCN dalam larutan ini berlaku

[OH − ][HCN] Kh = [CN− ][H2 O] 4|Hidrolisis Garam

[H2 O] 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]

Kh . Ka =

, Kemudian dikalikan K h danK a

[OH− ][HCN] [CN− ]

×

[H+ ][CN− ] [HCN]

K h . K a = [OH − ] × [H + ] = K w Kh =

Kw Ka

(Marheni, 2007)

2) Garam yang berasal dari asam kuat dan basa lemah Misalnya garam NH4Cl, dalam air terjadi reaksi sebagai berikut: NH4 Cl + H2 O ⇌ NH4 + + Cl− reaksi hidrolisisnya ditulis sebagai berikut: NH4 + + H2 O ⇌ NH4 OH + H + dan reaksi kesetimbangannya:

Kh =

[H+ ][NH4 OH] [NH4 ∓ ][H2 O]

[H2 O] merupakan bilangan konstan yang tidak ada pengarunya sehingga dapat diabaikan dalam perhitungan. Sehingga dapat dinyatakan sebagai:

Kh = Kh =

[H+ ][NH4 OH] [NH4 ∓ ] [H+ ][NH4 OH] ∓

[NH4 ]

, kemudian disederhanakan dengan cara dikalikan OH−

×

[OH− ] [OH− ]

=

Kw Kb

(Marheni, 2007)

5

3) Garam berasal dari asam lemah dan basa lemah Garam yang berasal dari asam lemah dan basa lemah contohnya NH4 CN (NH4 )CO2 , garam tersebut akan terhidrolisis sempurna. Reaksinya dapat ditulis (misal garam MA) MA + H2 O → M + + A− M + + H2 O ⇌ MOH + H + A− + H2 O ⇌ AH + OH −

Kh =

[MOH][HA] [M∓ ][A− ]

, untuk menyederhanakan pembilang dan penyebutnya

dikalikan Garam yang dengan H+ dan OH− maka:

Kh = Kh =

[MOH][HA] [M∓ ][A− ] [MOH] [M∓ ][OH− ]

× ×

[H+ ][OH− ] [H+ ][OH− ] [HA][H+ ][OH− ] [A− ][OH− ]

=

Kw Ka Kb

(Marheni, 2007)

pH Garam 1) garam yang tersusun daru 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 H2O

Misalnya NaNO3 (s) →

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) 6|Hidrolisis Garam

2) Garam yang tersusun dari asam kuat dan basa lemah Garam yang tersusu dari asam kuat dan basa lemah akan bersifat asam yang arinya memiliki pH dibawah 7. Nilai pH garam yang bersifat asam ditentukan berdasarkan persamaan berikut: (2.2)

L+ (aq) + H2 O(l) ⇌ LOH(aq) + H3 O+ (aq)

Kh =

[LOH][H+ ]

Persamaan 1

[L+ ]

Bila pembilang dan penyebut dikalikan dengan [OH −] maka:

Kh = Kh =

[LOH][H+ ] [L+ ] [LOH] [L+ ][OH− ]

×

[OH− ] [OH− ]

atau

× [OH − ][H+ ]

mengingat, [OH − ][H+] = K w dan untuk tetapan kesetimbangan basa LOH yang terionsiasi dengan reaksi sebagai berikut: LOH(aq) ⇌ L+ (aq) + OH−(aq) Nilai K b dirumuskan sebagai berikut:

Kb =

[L+ ][OH− ] [LOH]

maka

Sehingga K h =

[LOH] [L+ ][OH− ]

=

1 Kb

Kw Kb

[H + ] larutan dapat ditentukan melalui persamaan 1

Kh =

[H+ ][H∓ ] [garam]

[H + ]2 = K h × garam [H + ] = √K h × [garam] K

[H + ] = √ w × [garam] K b

pH = −log H + 7

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: (2.5)

A−(aq) + H2 O(l) ⇌ HA(aq) + OH −(aq)

Kh =

[HA][OH− ] A−

Bila pembilang dan penyebut dikalikan dengan [H +] maka:

Kh =

[HA][OH− ] A−

[H+ ]

×

atau K h =

[H+ ]

[AH] [A− ][H+ ]

× [OH − ][H + ]

mengingat

[OH− ][H+ ] = K w dan untuk tetapan kesetimbangan asam HA yang terionsiasi dengan reaksi sebagai berikut: (2.6)

HA(aq) ⇌ H+(aq) + A−(aq) nilai Ka dirumuskan sebagai berikut:

Ka =

[H+ ][A− ] [HA]

maka

Sehingga, K h =

[HA] [H+ ][A− ]

=

1 Ka

Kw Ka

[OH − ] larutan dapat ditentukan melalui persamaan 2

Kh =

[OH− ][OH− ] [garam]

[OH − ]2 = K h × garam [OH − ] = √K h × [garam] K

[OH − ] = √ w × [garam] K a

pOH = − log OH − pH = 14 − pOH

8|Hidrolisis Garam

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 NH 4NO2. NH4 NO2 → NH4 + + NO2 − Kesetimbangan hidrolisisnya adalah: NH4 + + NO2 − + H2 O ⇌ NH4 OH + HNO2 Dengan menganggap air konstan, maka:

Kh = Kh = Kh =

[NH4 OH][HNO2 ] − [NH+ 4 ][NO2 ]

[NH4 OH] − [NH+ 4 ][OH ]

×

×

[H+ ][OH− ] [H+ ][OH− ]

[HNO2 ] + [NO− 2 ][H ]

× [H + ] [OH − ]

Kw Ka Kb

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 terhidrolisis dari kedua ion itu, maka konsentrasi yang tinggi dapat dianggap sama. [ NH4 + ] = [ NO2 − ] Konsentrasi asam dan basa dalam larutan juga dapat dianggap sama [NH4 OH] = [HNO2 ] dengan demikian didapat:

Kh =

[NH4 OH][HNO2 ] [NH4+ ][NO− 2]

=

[HNO2 ]2 2 [NO− 2]

atau

[HNO2 ] [NO− 2]

= √K h

Dengan kesetimbangan asam HNO2 didapat:

[H + ] = K a √K h

9

= Ka √ [H + ] = √

Kw Ka Kb

Kh Ka Kb

Jika diliihat basa lemahnya garam asam lemah dan basa lemah, maka dengan cara yang sama didapat:

Kh =

[NH4 OH]2 2

[NH+ 4]

[OH − ] = K b ×

[NH4 OH] [NH+ 4]

Gabungan keduanya menghasilkan: [OH−] = √

Kw Kh 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)

NETRAL

BASA

ASAM Gambar 1.3 Skala pH Sumber: flinnsci.com 10 | H i d r o l i s i s G a r a m

  

Sejarah STEM STEM di Indonesia Komponen STEM

Sejarah STEM Istilah STEM pertama muncul pada tahun 1990an di Amerika serikat tepatnya di kantor NSF (National Science istilah

Foundation).

SMET

sebagai

Awalnya

menggunakan

singkatan

dari

Science,

Mathematic, Engineering, and Technology. Namun seorang pegawai NSF tersebut melaporkan bahwa

Gambar 2.1 logo NSF Sumber: Liblogo.com

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

pembangunan negara.

ekonomi

bagi

Bybee

(2013)

Menurut

pendidikan

dengan

sains

akan

membantu

Gambar 2.2 pendidikan sains Sumber: Resa.net

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.

11

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 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.

Gambar 2.3 STEM Sumber: freepik.com

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 12 | S T E M

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

Sedangkan hasil tes PISA Indonesia dari tahun 2000 hingga 2018 dapat dilihat pada gambae berikut:

Gambar 2.4 Hasil tes PISA Indonesia dari tahun 2000-108 Sumber : OECD, PISA 2018

13

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. Di

Indonesia,

pendekatan

pembelajaran STEM mulai dikembangan oleh

USAID

International dilakukan pembelajaran

(United

States

Agency

Development). untuk STEM

for

Inovasi

mengembangkan 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

Gambar 2.5 logo Kihajar STEM Sumber : kihajar.kemendikbud.go.id

upaya yang dilakukan pemerintah untuk memperkenalkan STEM di sekolahsekolah. 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.

14 | S T E M

Komponen STEM a. Sains

Sains pembelajaran alam,

termasuk

adalah tentang hukum-

hukum alam yang terkait dengan fisika, kimia, biologi dan Gambar 2.4 mikroskop dalam laboratorium Sumber: www.mitacs.ca

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. b. Teknologi Teknologi terdiri atas seluruh sistem manusia

dan

pengetahuan, perangkat

proses,

yang

untuk

organisasi, dan

digunakan

menciptakan,

mengoperasikan teknologi itu sendiri.

Sepanjang

sejarah,

manusia telah menciptakan teknologi untuk memenuhi keinginan dan kebutuhan mereka. Sebagian besar teknologi modern

Gambar 2.5 Teknologi saat ini Sumber: NicePNG

merupakan produk dari sains dan teknik, dan alat teknologi yang digunakan di kedua bidang.

15

c. Rekayasa

Rekayasa

adalah

pengetahuan tentang desain dan pembuatan

produk

buatan

manusia, juga sebuah proses untuk Rekayasa Gambar 2.6 pengoperasian mesin Sumber: vistaeducation

Matematika

adalah

memecahkan memanfaatkan

d. Matematika

ilmu

yang

antara besaran, bilangan, dan 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.

16 | S T E M

konsep

sains, matematika serta alat-alat teknologi.

mempelajari pola dan hubungan ruang

masalah.

Gambar 2.7 pembelajaran matematika Sumber:NSSP

17

(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).

17

Science 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

Gambar 3.1 pupuk DAP Sumber: bondotani.blogspot.com

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 18 | G a r a m D i a m o n i u m f o s f a t

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) + H3 PO4 (l) → (NH4 )2 HPO4 (s) Reaksi kimia di atas merupakan reaksi antara basa lemah amonia (NH 3 ) 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) + H2 O(l) ⇌ NH3 (aq) + H3 O+(aq) PO4 3−(aq) + H2 O(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 19

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.

Technology Kapan pupuk DAP dapat digunakan?

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.

20 | G a r a m D i a m o n i u m f o s f a t

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. Proses pembuatan pupuk DAP skala industri

Bagaimana Proses pembuatan pupuk DAP???

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 prenetralisasi berpengaduk. Pada reaktor terjadi preses pencampuran 21

asam fosfat dengan amonium yang menghasilkan amonium fosfat. Reaksi yang terjadi adalah: H3 PO4 (l) + 2NH3 (g) → (NH4 )2 HPO4 (s) Reaksi yang terjadi pada reaktor bersifat endodermis sehingga pada reactor dilengkapi dengan jaket pemanas. Hasil reaksi tersebut berupa slury (bubur) 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 amoniator granulator. Jika digambarkan dengan diagram alir, prosesnya sebagai berikut:

Gambar 3.3 diagram air metode TVA

22 | G a r a m D i a m o n i u m f o s f a t

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. Pertama, bahan baku asam fosfat direaksikan dengan amonia sehingga terbentuk diamonium fosfat pada reaktor. Reaksi yang terjadi : H3 PO4 (l) + 2NH3 (g) → (NH4 )2 HPO4 (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)

23

Gambar 3.4 diagram alir metode Blunger (Door Oliver)

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 Gambar 3.5 diagram alir proses Nissan Spray-Tower

sulfat

absorber

dan

dan

dialirkan

scrubber

ke

yang

berfungsi untuk menyerap dan mereaksikan sebagian gas amonia yang lolos dari spray tower. Reaksi yang terjadi :

H3 PO4 (l) + 2NH3 (g) → (NH4 )2 HPO4 (s) 24 | G a r a m D i a m o n i u m f o s f a t

H2 SO4 (l) + 2NH3 (g) → (NH4 )2 SO4 (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)

Engineering 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

berdasarkan

guano Berdasarkan

komposisi kimianya dan tingkat hancuran iklimnya. yaitu guano Gambar 3.6 Burung Guano Sumber: www.worldatlas.com

nitrogen

(nitrogenous

guano) 25

atau guano segar (fresh guano) dan guano fosfat (phosphatic guano). Kemudian, guano fosfat dibedakan menjadi 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 batuan

iklimnya fosfat

adalah

berasal

Gambar 3.6 Goa Kelelawar (Guano) Sumber: newswise.com

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 kandungan fosfat dalam guano fosfat. Karena telah mengalami hancuran iklim, senyawa nitrogen dan fosfat dalam kedua bahan tersebut relatif mudah 26 | G a r a m D i a m o n i u m f o s f a t

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.

Komposisi

Guano Nitrogen (%)

Guano Fosfat (%)

Batuan fosfat dari Guano (%)

Nitrogen Bahan organik

7-17 40-60

0.5-2.0 5-15

0 0-1

CaO

8-15

15-30

45-55

P2O5 W-P2O5/T-P2O5

8-15