Kesetimbangan Kimia dalam Industri Banyak proses industri zat kimia yang didasarkan pada reaksi kesetimbangan. Agar efesien, kondisi reaksi harus menggeser kesetimbangan ke arah produk dan meminimalkan reaksi balik. Misalnya: 1. Pembuatan Amonia menurut proses Haber-Bosh, !itrogen terdapat melimpah di udara, yaitu sekitar "#$ %olume. &alaupun demikian, senya'a nitrogen tidak terdapat banyak di alam. (atu-satunya sumber alam yang penting ialah !a!)* yang disebut (enda'a +hili. (ementara itu, kebutuhan senya'a nitrogen semakin banyak, misalnya untuk industri pupuk, dan bahan peledak. )leh karena itu, proses sintesis senya'a nitrogen, ksasi nitrogen buatan, merupakan proses industri yang sangat penting. Metode yang utama adalah mereaksikan nitrogen dengan hidrogen membentuk amonia. (elanutnya amonia dapat diubah menadi senya'a nitrogen lain seperti asam nitrat dan garam nitrat.
asar teori pembuatan amonia dari nitrogen dan hidrogen ditemukan oleh /ritz Haber 012#3, seorang ahli kimia dari 4erman. (edangkan proses industri pembuatan amonia untuk produksi seara besar-besaran ditemukan oleh
+arl Bosh, seorang insinyur kimia uga dari 4erman. Persamaan termokimia reaksi sintesis amonia adalah :
Berdasarkan prinsip kesetimbangan kondisi yang menguntungkan untuk ketuntasan reaksi ke kanan 0pembentukan !H*3 adalah suhu rendah dan tekanan tinggi. Akan tetapi, reaksi tersebut berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 522o+ sekalipun. ilain pihak, karena reaksi ke kanan eksoterm, penambahan suhu akan mengurangi rendemen. Proses Haber-Bosh semula dilangsungkan pada suhu sekitar 522o+ dan tekanan sekitar 152-*52 atm dengan katalisator, yaitu serbuk besi diampur dengan Al 6)*, Mg), +a), dan 7 6). (eiring dengan kemauan teknologi, digunakanlah tekanan yang auh lebih besar, bahkan menapai "22 atm. 8ntuk mengurangi reaksi balik, maka amonia yang terbentuk segera dipisahkan. Mula-mula ampuran gas nitrogen dan hidrogen dikompresi 0dimampatkan3 hingga menapai tekanan yang diinginkan. 7emudian ampuran gas dipanaskan dalam suatu ruangan yang bersama katalisator sehingga terbentuk amonia. iagram alur dari proses Haber-bosh untuk sintesis amonia :
6. Pembuatan asam sulfat menurut proses kontak industri lainnya yang berdasarkan reaksi kesetimbangan yaitu pembuatan asam sulfat yang dikenal dengan proses kontak. 9eaksi yang teradi dapat diringkas sebagai berikut: a. Belerang dibakar dengan udara membentuk belerang dioksida
b. Belerang dioksida dioksidasi lebih lanut menadi belerang trioksida.
. Belerang trioksida dilarutkan dalam asam sulfat pekat membentuk asam pirosulfat.
d. Asam pirosulfat direaksikan dengan air membentuk asam sulfat pekat.
ahap penting dalam proses ini adalah reaksi 063. 9eaksi ini merupakan reaksi kesetimbangan dan eksoterm. (ama seperti pada sintesis amonia, reaksi ini hanya
berlangsung baik pada suhu tinggi. Akan tetapi pada suhu tinggi ustru kesetimbangan bergeser ke kiri. Pada proses kontak digunakan suhu sekitar 522o+ dengan katalisator ; 6)5. (ebenarnya tekanan besar akan menguntungkan produksi ()*, tetapi penambahan tekanan ternyata tidak diimbangi penambahan hasil yang memadai. )leh karena itu, pada proses kontak tidak digunakan tekanan besar melainkan tekanan normal, 1 atm. alam industri kimia, ika ampuran reaksi kesetimbangan menapai kesetimbangan maka produk reaksi tidak bertambah lagi. Akan tetapi produk reaksinya diambil atau disisihkan, maka akan menghasilkan lagi produk reaksi.
Amonia yang terbentuk dipisahkan dari ampuran kesetimbangan dengan ara penarian dari gas nitrogen di daur ulang ke 'adah reaksi untuk menghasilkan produk reaksi.
Banyak proses alamiah dalam kehidupan sehari-hari berkaitan dengan perubahan konsentrasi pada sistem kesetimbangan. pH darah dan aringan badan kira-kira ",< . Harga ini diatur dalam darah berada dalam kesetimbangan dengan ion hidrogen karbonat dan ion hidrogen.
4ika konsentrasi ion hidrogen bertambah, ion-ion ini bereaksi dengan ion hidrogen karbonat. 4ika konsentrasi ion hidrogen terlampau rendah, asam karbonat bereaksi menghasilkan hidrogen.
)ksigen diangkut dari paru-paru ke sel badan oleh haemoglobin dalam sel darah merah. alam paru-paru, konsentrasi oksigen ukup tinggi dan haemoglobin bereaksi dengan oksigen membentuk oksihemoglobin. 9eaksi ini dapat ditulis,
alam aringan tubuh, konsentrasi oksigen rendah, sehingga reaksi sebaliknya yang teradi, yaitu menghasilkan oksigen untuk digunakan dalam sel tubuh. 7etika oksigen diangkut dari paru-paru ke aringan tubuh, karbon dioksida yang dihasilkan oleh respirasi sel angkut dari aringan tubuh ke paru-paru.
alam aringan tubuh karbon dioksida yang konsentrasinya relatif tinggi melarut dalam darah bereaksi dengan air membentuk asam karbonat.
alam paru-paru di mana konsentrasi karbon dioksida relatif rendah, reaksi sebaliknya yang teradi dan karbon dikeluarkan dari darah ke udara.
Batu kapur +a+) * tidak melarut dalam air murni, namun melarut dalam air tanah yang mengandung +) 6 terlarut, membentuk kalsium hidrogen karbonat yang melarut.
9eaksi di atas dapat dianggap sebagai umlah dua reaksi kesetimbangan.
4ika air tanah mengalir melalui daerah berkapur, maka batu kapur melarut. 4ika air berumpa dengan udara yang mengandung sedikit karbondioksida maka karbon dioksida akan dilepaskan dari larutan ke udara, sehingga kalsium karbonat mengendap.
Rabu, 12 November 2014 KESETIMBANAN !A"AM IN!#STRI
$embuatan Amonia dengan $roses %aber Bos&' asar teori pembuatan amonia dari nitrogen dan hydrogen ditemukan oleh /ritz Haber 012#3, seorang ahli kimia dari 4erman. (edangkan proses industri pembuatan amonia untuk produksi seara besar-besaran ditemukan oleh +arl Bosh, seorang insinyur kimia uga dari 4erman. Persamaan termokimia reaksi sintesis amonia adalah sebagai berikut. !60g3 = *H60g3 > 6!H*0g3 ?H @ -6,<7 Pada 65o+ : 7p @ ,6125 Berdasarkan prinsip kesetimbangan kondisi yang menguntungkan untuk ketuntasan reaksi ke kanan 0pembentukan!H *3 adalah suhu rendah dan tekanan tinggi. Akan tetapi, reaksi tersebut berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 522o+ sekalipun. ipihak lain, karena reaksi ke kanan eksoterm, penambahan suhu akan mengurangi rendemen. Proses Haber-Bosh semula dilangsungkan pada suhu sekitar 522 o+ dan tekanan sekitar 152-*52 atm dengan katalisator, yaitu serbuk besi diampur dengan Al 6)*, Mg), +a), dan 7 6). 9eaksi kekanan pada pembuatan amonia adalah reaksi eksoterm. 9eaksi eksoterm lebih baik ika suhu diturunkan, tetapi ika suhu diturunkan maka reaksi beralan sangat lambat . Amonia punya berat molekul 1",2*. Amonia ditekanan atmosfer fasanya gas. itik didih Amonia -**,*5 o+, titik bekunya -""," o+, temperatur C tekanan kritiknya 1** o+ C 15" psi. Dntalpi pembentukan 0?H3, kkalEmol !H *0g3 pada 2o+, -,*#F 65 o+, -11,2<. Pada proses sintesis pd suhu "22-1222 o/, akan dilepaskan panas sebesar 1* kkalEmol. 7ondisi optimum untuk dapat bereaksi dengan suhu <22- 22o+, dengan tekanan 152-*22 atm. 7ondisi optimum pembuatan amonia 0!H*3 dapat digambarkan pada tabel berikut :
abel : 7ondisi )ptimum Pembuatan !H *
! o
/aktor
9eaksi : !60g3 = *H60g3 > 6!H*0g3 ?H@ -6< k4
7ondisi )ptimum
1.
(uhu
1.
<22-22o+
9eaksi bersifat eksoterm
6. (uhu rendah akan menggeser kesetimbangan kekanan. *. 7endala:9eaksi beralan lambat 6.
ekanan
1. 4umlah mol pereaksi lebih besar dibanding dengan umlah mol produk.
152-*22 atm
6. Memperbesar tekanan akan menggeser kesetimbangan kekanan. *. 7endala ekanan sistem dibatasi oleh kemampuan alat dan faktor keselamatan. *.
7onsentrasi
Pengambilan !H * seara terus-menerus akan menggeser kesetimbangan kearah kanan
<.
7atalis
7atalis tidak menggeser kesetimbangan kekanan, tetapi memperepat lau reaksi seara keseluruhan
/e dengan ampuran Al6)* 7)H dan garam lainnya
Pengaruh katalis pada sistem kesetimbangan adalah dapat memperepat teradinya reaksi kekanan atau kekiri, keadaan kesetimbangan akan terapai lebih epat tetapi katalis tidak mengubah umlah kesetimbangan dari spesies-spesies yang bereaksi atau dengan kata lain katalis tidak mengubah nilai numeris dalam tetapan kesetimbangan. Peranan katalis adalah mengubah mekanisme reaksi kimia agar epat terapai suatu produk. 7atalis yang dipergunakan untuk memperepat reaksi memberikan mekanisme suatu reaksi yang lebih rendah dibandingkan reaksi yang tanpa katalis. engan energi akti%asi lebih rendah menyebabkan maka lebih banyak partikel yang memiliki energi kinetik yang ukup untuk mengatasi halangan energi akti%asi sehingga umlah tumbukan efektif akan bertambah sehingga lau meningkat.
Perbandingan reaksi dengan katalis dan tanpa katalis dapat dilihat pada gambar dihalaman berikut:
Gambar 1 : Perbandingan mekanisme reaksi menggunakan katalis dan tanpa katalis
engan kemauan teknologi sekarang digunakan tekanan yang auh lebih besar, bahkan menapai "22 atm. 8ntuk mengurangi reaksi balik, maka amonia yang terbentuk segera dipisahkan. Mula-mula ampuran gas nitrogen dan hidrogen dikompresi 0dimampatkan3 hingga menapai tekanan yang diinginkan. 7emudian ampuran gas dipanaskan dalam suatu ruangan yang bersama katalisator sehingga terbentuk amonia. iagram alur dari proses Haber-bosh untuk sintesis ammonia diberikan pada Gambar 1 berikut ini :
Kegunaan Amonia arutan amonia bisa digunakan untuk membersihkan, pemutih dan mengurangi bau tidak sedap. arutan pembersih yang diual kepada konsumen menggunakan larutan amonia hidroksida air sebagai bahan pembersih utama. etapi, pengguna harus berhati-hati karena penggunaan dalam 'aktu lama mungkin bisa merangsang. Amonia sangat ook digunakan sebagai bahan pendingin udara, karena amonia mudah mengganti bentuk menadi airan dalam tekanan. 4adi, amonia digunakan dalam hampir semua pendingin udara sebelum peniptaan pendingin udara yang menggunakan freon. /reon tidak merangsang dan tidak beraun, tetapi ia bisa menyebabkan erosi lapisan ozon. (ekarang, penggunaan amonia sebagai bahan pendingin udara meningkat kembali. Amonia membentuk baa alami ketika diampur dengan air, dan bisa digunakan begitu saa tanpa menampur bahan kimia. Baa ini sesuai untuk penanaman tumbuhan yang tergantung pada nitrogen, seperti agung, tetapi memperburuk kondisi tanah. Amonia uga digunakan dalam pembuatan polimer dan bahan peledak.
$oses $embuatan Asam Sul(at dengan $roses Konta)
Proses kontak adalah salah satu metode untuk memproduksi asam sulfat 0H 6()<3. Pada proses ini ada tiga tahapan penting, yaitu : membuat sulfur dioksida 0() 63, mengko%ersinya menadi () *, dan kon%ersi () * menadi H6()<.
$embuatan S*2 Ada dua ara untuk membuat sulfur dioksida, membakar sulfur 0(3 dengan oksigen berlebih
atau memanaskan sulfde ores seperti /e(6 dalam udara berlebih.
7eduanya dilakukan dengan oksigen berlebih untuk memastikan semua sulfur terko%ersi menadi () 6. )ksigen sisa akan digunakan pada proses berikutnya. Pada proses pembakaran sulfur, konsentrasi () 6 yang diperoleh sekitar I 12 $.
Konversi men+adi S* 7on%ersi ()6 menadi ()* dilakukan dalam reaktor berkatalis. 9eaksi kon%ersi ini merupakan reaksi eksoterm 0menghasilkan panas3.
Pada reaksi eksoterm, temperatur adalah parameter yang sangat penting. Pada temperatur tinggi, lau reaksi epat namun kon%ersi rendah. 8ntuk memperoleh ()* sebanyak mungkin diperlukan temperatur reaksi yang rendah. !amun pada temperatur ini lau reaksi keil, untuk itu diperlukan katalis. 7atalis yang biasa digunakan adalah ; 6)5 dan temperatur reaksi <22-<52 o+. ekanan bukan parameter penting yang perlu diperhatikan. ihat persamaan reaksi diatas, * mol reaktan menadi 6 mol produk. 4umlah mol ini sebanding dengan %olume 0reaksi fasa gas3 atau tekanan pada %olume tetap. &alaupun dilakukan pada tekanan tinggi, pada akhirnya tekanan akan turun dengan sendirinya. 9eaksi ini dilakukan pda tekanan mendekati atmoferik. (elain itu, pada kondisi ini 0temperatur <22-<52 o+, tekanan atmosferik3 kon%ersi reaksi menapai ,5 sehingga hanya sedikit sekali peningkatan kon%ersi ika tekanan dinaikkan.
Konversi S* men+adi %2S*4 (eara teori () * dapat dikon%ersi menadi H 6()< ika direaksikan dengan air, namun hal ini tidak dapat dilakukan karena reaksi () * = H6) sulit dikontrol dan
menimbulkan kabut asam sulfat. () * direaksikan terlebih dahulu dengan H 6()< membentuk H6(6)" 0oleum3.
reaksi ini dilakukan dalam kolom absorber. )leum dapat direaksikan dengan air membentuk asam sulfat.
Kegunaan Asam Sul(at Asam sulfat merupakan komoditas kimia yang sangat penting, dan sebenarnya pula, produksi asam sulfat suatu negara merupakan indikator yang baik terhadap kekuatan industri negara tersebut. 7egunaan utama 02$ dari total produksi di seluruh dunia3 asam sulfat adalah dalam Jmetode basahJ produksi asam fosfat, yang digunakan untuk membuat pupuk fosfat dan uga trinatrium fosfat untuk deteren. Pada metode ini, batuan fosfat digunakan dan diproses lebih dari 122 uta ton setiap tahunnya. Bahan-bahan baku yang ditunukkan pada persamaan di ba'ah ini merupakan Kuorapatit, 'alaupun komposisinya dapat ber%ariasi. Bahan baku ini kemudian diberi *$ asam suKat untuk menghasilkan kalsium sulfat, hidrogen Kuorida 0H/3, dan asam fosfat. H/ dipisahan sebagai asam Kuorida. Proses keseluruhannya dapat ditulis: +a5/0P)<3* = 5 H6()< = 12 H6) L 5 +a()<6 H6) = H/ = * H *P)< Asam sulfat digunakan dalam umlah yang besar oleh industri besi dan baa untuk menghilangkan oksidasi, karat, dan kerak air sebelum diual ke industri otomobil. Asam yang telah digunakan sering kali didaur ulang dalam kilang regenerasi asam bekas 0Spent Acid Regeneration (SAR) plant 3. 7ilang ini membakar asam bekas dengan gas alam, gas kilang, bahan bakar minyak, ataupun sumber bahan bakar lainnya. Proses pembakaran ini akan menghasilkan gas sulfur dioksida 0() 63 dan sulfur trioksida 0() *3 yang kemudian digunakan untuk membuat asam sulfat yang JbaruJ. Amonium sulfat, yang merupakan pupuk nitrogen yang penting, umumnya diproduksi sebagai produk sampingan dari kilang pemroses kokas untuk produksi besi dan baa. Mereaksikan amonia yang dihasilkan pada dekomposisi termal batu bara dengan asam sulfat bekas mengiinkan amonia dikristalkan keluar sebagai garam 0sering kali ber'arna oklat karena kontaminasi besi3 dan diual kepada industri agrokimia. 7egunaan asam sulfat lainnya yang penting adalah untuk pembuatan aluminium sulfat. Alumunium sulfat dapat bereaksi dengan seumlah keil sabun pada serat
pulp kertas untuk menghasilkan aluminium karboksilat yang membantu mengentalkan serat pulp menadi permukaan kertas yang keras. Aluminium sulfat uga digunakan untuk membuat aluminium hidroksida. Aluminium sulfat dibuat dengan mereaksikan bauksit dengan asam sulfat: Al6)* = * H6()< L Al60()<3* = * H6) Asam sulfat uga memiliki berbagai kegunaan di industri kimia. (ebagai ontoh, asam sulfat merupakan katalis asam yang umumnya digunakan untuk mengubah sikloheksanonoksim menadi kaprolaktam, yang digunakan untuk membuat nilon. Na uga digunakan untuk membuat asam klorida dari garam melalui proses Mannheim. Banyak H6()< digunakan dalam pengilangan minyak bumi, ontohnya sebagai katalis untuk reaksi isobutana dengan isobutilena yang menghasilkan isooktana.
•
Home
•
Nslami
•
7esehatan
•
)tomotif
•
teknologi
•
pengetahuan umum
Home O alam O /aktor ang Mempengaruhi 9eaksi 7esetimbangan 7imia /aktor ang Mempengaruhi 9eaksi 7esetimbangan 7imia
9eaksi setimbang adalah reaksi yang teradi berlangsung seara dua arah. 9eaksi ini berlangsung seara re%ersibel atau bolak-balik. alam kehidupan sehari-hari, reaksi kesetimbangan dinamis dapat diamati pada proses penguapan air. 4ika kita memanaskan air dalam 'adah terbuka, maka air akan menguap dan makin lama air akan habis. Akan tetapi, bila air yang kita panaskan berada dalam 'adah tertutup, maka air akan menguap kemudian uap air akan mengembun menadi titik-titik air.
Pengetahuan mengenai reaksi kesetimbangan ini berguna sekali dalam bidang industri. alam industri, reaksi kesetimbangan sangat dihindari. MengapaQ 7arena reaksi-reaksi dalam industri harus menghasilkan proses yang menguntungkan, banyak, dan epat. (eumlah bidang industri yang memanfaatkan pengetahuan reaksi kesetimbangan antara lain industri pembuatan amoniak dengan Proses Haber dan pembuatan asam sulfat dengan Proses 7ontak. Apa saa faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran ketimbanganQ Beberapa faktor tersebut antara lain sebagai berikut: 1. Perubahan konsentrasi. 4ika konsentrasi zat diperbesar maka reaksi akan bergeser menauhi zat tersebut. (ebaliknya, ika konsentrasi zat diperkeil, maka reaksi kesetimbangan akan bergeser mendekati zat tersebut. 7onsentrasi zat bisa berubah namun harga konstanta kesetimbangan akan selalu tetap. 6. Perubahan tekanan. 4ika tekanan diperbesar, maka reaksi bergeser ke umlah koesien keil. (edangkan ika tekanan diperkeil, maka reaksi bergeser ke umlah koesien besar. 7oesien merupakan umlah angka di sebelah kiri atau kanan sebuah reaksi kimia. ekanan bisa saa berubah namun konstanta kesetimbangan tidak akan berubah.
*. Perubahan %olum. 4ika %olum diperbesar maka reaksi bergeser ke umlah koesien yang besar. (edangkan bila %olum diperkeil reaksi bergeser ke umlah koesien keil. Pergeseran kesetimbangan karena perubahan %olum tidak mengubah harga konstanta kesetimbangan. <. Penambahan katalis. Penambahan katalis dalam suatu reaksi kesetimbangan tidak akan menggeser kesetimbangan. 7atalis hanya memperepat lau reaksi sehingga katalis hanya memperepat teradinya kesetimbangan. Meski demikian, setelah keadaan setimbang telah teradi maka penambahan katalis tidak akan berpengaruh. 5. Penambahan temperatur. 4ika temperatur dinaikkan, kesetimbangan bergeser ke reaksi endoterm 0reaksi yang membutuhkan kalor3. (ebaliknya, ika temperatur diturunkan maka kesetimbangan bergeser ke reaksi eksoterm 0rekasi yang melepaskan kalor3. eradinya pergeseran kesetimbangan akibat perubahan temperatur bukan untuk mempertahankan kesetimbangan, tetapi karena dalam reaksi tersebut terdapat reaksi yang membutuhkan kalor dan ada reaksi yang tidak butuh kalor.
