Manakah yang termasuk aplikasi kesetimbangan dalam kehidupan sehari hari?

Diposkan oleh Unknown di 11:36 PM

Contoh Penerapan Kesetimbangan Kimia di Dalam Industri, Aplikasi, Pembuatan Amonia dan Asam Sulfat - Proses produksi zat-zat pada industri, khususnya industri bahan-bahan kimia, ada yang menggunakan reaksi kesetimbangan. Misalnya pada pembuatan amonia dan pembuatan asam sulfat. Pada proses industri bahan-bahan kimia dihadapkan pada masalah bagaimana mendapatkan hasil sebanyak-banyaknya sekaligus berkualitas tinggi, namun menggunakan proses yang efektif, efisien, dan biaya yang tidak terlalu besar.

A. Pembuatan Amonia dengan Proses Haber-Bosch

Unsur nitrogen terdapat di atmosfer dan menyusun sebanyak 78% dari volumenya, tetapi karena kelembaman nitrogen, senyawa-senyawa nitrogen tidak banyak terdapat di alam. Metode untuk menyintesis senyawa-senyawa nitrogen yang dikenal sebagai fiksasi nitrogen buatan, merupakan proses industri yang sangat penting. Metode utama adalah mereaksikan nitrogen dan hidrogen membentuk amonia. Amonia selanjutnya diubah menjadi senyawa nitrogen lainnya, seperti asam nitrat dan garam nitrat. Pupuk urea (CO(NH2)2) merupakan bahan kimia yang terbentuk melalui reaksi NH3 dengan CO2.

Amonia juga digunakan dalam pembuatan bermacam-macam monomer yang mengandung nitrogen untuk industri nilon, polimer-polimer akrilat, dan busa poliutretan. Amonia juga digunakan dalam industri farmasi, macam-macam bahan organik, anorganik, detergen dan larutan pembersih, pupuk, dan bahan peledak (TNT atau trinitrotoluena).

Dasar teori dari reaksi sintesis amonia dan uji laboratorisnya merupakan penelitian Fritz Haber (1908). Usaha pengembangan proses Haber menjadi proses besar-besaran. Usaha tersebut merupakan tantangan bagi insinyurinsinyur kimia pada saat itu. Hal ini karena metode tersebut mensyaratkan reaksi kimia dalam fasa gas pada suhu dan tekanan tinggi dengan katalis yang sesuai. Pekerjaan ini dipimpin oleh Carl Bosch di Badishe Anilin and Soda Fabrik (BASF). Pada tahun 1913, pabrik beroperasi dengan produksi 30.000 kg NH3 per hari. Pabrik amonia modern saat ini mempunyai kapasitas 50 kali lebih besar.

Beberapa data relevan mengenai reaksi sintesis amonia adalah:

N2(g) + 3H2(g) D 2NH3(g)

(ΔH = –92,38 kJ/mol, suhu = 298 K, Kp = 6,2 × 105)

Untuk setiap 1 mol gas nitrogen dan 3 mol gas hidrogen dihasilkan 2 mol gas amonia. Peningkatan tekanan menyebabkan campuran reaksi bervolume kecil dan menyebabkan terjadinya reaksi yang menghasilkan amonia lebih besar. Reaksi ke kanan bersifat eksoterm. Reaksi eksoterm lebih baik terjadi jika suhu diturunkan, sehingga reaksi bergeser ke kanan menghasilkan amonia makin besar. Jadi kondisi optimum untuk produksi NH3 adalah tekanan tinggi dan suhu rendah. Tetapi, keadaan optimum ini tidak mengatasi masalah laju reaksi. Sekalipun produksi kesetimbangan NH3 lebih baik terjadi pada suhu rendah, namun laju pembentukannya sangat lambat, sehingga reaksi ini tidak layak. Salah satu cara untuk meningkatkan reaksi adalah dengan menggunakan katalis. Walaupun tidak mempengaruhi kesetimbangan, namun katalis dapat mempercepat reaksi. Keadaan reaksi yang biasa dilakukan dalam proses Haber–Bosch adalah pada suhu 550 °C, tekanan dari 150 sampai dengan 500 atm, dan katalis biasanya besi dengan campuran Al2O3, MgO, CaO, dan K2O. Cara lain untuk meningkatkan laju produksi NH3 adalah memindahkan NH3 dengan segera setelah terbentuk.

Titik didih gas NH3 lebih tinggi daripada titik didih nitrogen dan hidrogen. Proses selanjutnya, gas amonia didinginkan sehingga mencair. Gas nitrogen dan gas hidrogen yang belum bereaksi dan gas amonia yang tidak mencair kemudian diresirkulasi, dicampur dengan gas nitrogen dan hidrogen, kemudian dialirkan kembali ke dalam tangki. (Baca juga materi lainnya tentang proses Haber–Bosch)

Sumber : Kimia Dasar, Prinsip dan Terapan Modern, Jilid 2, Ralph H. Petrucci, 1996.

B. Pembuatan Asam Sulfat dengan Proses Kontak

Salah satu cara pembuatan asam sulfat melalui proses industri dengan produk yang cukup besar adalah dengan proses kontak. Bahan yang digunakan pada proses ini adalah belerang dan melalui proses berikut.

a. Belerang dibakar di udara, sehingga bereaksi dengan oksigen dan menghasilkan gas belerang dioksida.

S(s) + O2(g) → SO2(g)

b. Belerang dioksida direaksikan dengan oksigen dan dihasilkan belerang trioksida.

SO2(g) + ½ O2(g) D SO3(g)

Reaksi ini berlangsung lambat, maka dipercepat dengan katalis vanadium pentaoksida (V2O5) pada suhu ± 450 °C.

c. SO3 yang dihasilkan, kemudian dipisahkan, dan direaksikan dengan air untuk menghasilkan asam sulfat.

SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)

d. Reaksi tersebut berlangsung hebat sekali dan menghasilkan asam sulfat yang sangat korosif. Untuk mengatasi hal ini, gas SO3 dialirkan melalui menara yang di dalamnya terdapat aliran H2SO4 pekat, sehingga terbentuk asam pirosulfat (H2S2O7) atau disebut “oleum”. Asam pirosulfat direaksikan dengan air sampai menghasilkan asam sulfat.

SO3(g) + H2SO4(g) → H2S2O7(aq)

H2S2O7(aq) + H2O(l) → 2H2SO4(l)

Beberapa manfaat asam sulfat adalah untuk pembuatan pupuk, di antaranya pupuk superfosfat, detergen, cat kuku, cat warna, fiber, plastik, industri logam, dan pengisi aki. Asam sulfat kuat 93% sampai dengan 99% digunakan untuk pembuatan berbagai bahan kimia nitrogen, sintesis fenol, pemulihan asam lemak dalam pembuatan sabun, pembuatan asam fosfat dan tripel superfosfat. Oleum (H2S2O7) digunakan dalam pengolahan minyak bumi, TNT (trinitrotoluena), dan zat warna serta untuk memperkuat asam lemah.

Berikut ini adalah diagram alir pabrik asam sulfat kontak yang menggunakan pembakaran belerang dan absorpsi tunggal dengan injeksi udara (pengenceran) antar tahap. (Baca juga materi lainnya tentang proses kontak)

Gambar 1. Proses kontak. Sumber: Austin, Goerge T. E. Jasjfi. 1996.

Anda sekarang sudah mengetahui Penerapan Kesetimbangan Kimia di Dalam Industri. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Utami, B. A. Nugroho C. Saputro, L. Mahardiani, S. Yamtinah, dan B. Mulyani. 2009. Kimia 2 : Untuk SMA/MA Kelas XI, Program Ilmu Alam. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 274.

Tags : Kimia

Related : Contoh Penerapan Kesetimbangan Kimia di Dalam Industri, Aplikasi, Pembuatan Amonia dan Asam Sulfat

T11/16/2016

Kita telah membahas banyak tentang konsep kesetimbangan, mulai dari pengertian, faktor yang mempengaruhi serta tetapan kesetimbangan dan cara menghitungnya, Jika kita lihat, apa yang kita pelajari itu secara mikroskopis memang tidak kita gunakan dalam kehidupan sehai hari, begitu juga dengan banyak konsep kimia lain. Namun percayalah banyak hal hal penting dalam kehidupa kita yang kita secara tidak sadar telah menggunakan konsep kimia itu dalam bidang bidang yang lebih besar. Berikut beberapa peran kesetimbangan kimia terutama dalam bidang industri yang produk produknya sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia.

1. Pembuatan Amonia (NH3)

Amonia adalah gas yang tidak berwarna, mudah larut dalam air, berbau khas, dan merupakan senyawa nitrogen yang sangat penting dalam kehidupan manusia. Apa kegunaan amonia dalam kehidupan manusia?? Banyak sekali dan paling sering dimanfaatkan untuk pelarut organik, bahan peledak, obat obatan dan bahan dasar pupuk urea.

Amonia dibuat dengan bahan sederhana yang ada diudara dengan cara mereaksikan gas nitrogen dan gas hidrogen tentu dengan perlakuan khusus. Nah, proses pertama kali pembuatan amonia dilakukan oleh Fritz Harber dan Carl Bosch sehingga pembuatan amonia ini juga dikenal dengan proses Harber - Bosch. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut :

N2(g) + 3H2(g)

2NH3(g) = - 92 kJ Agar produksi amonia yang dihasilkan ini jadi lebih besar, maka dilakukan perubahan pada faktor faktor yang mempengaruhi kesetimbangan agar bergeser kearah pembentukan NH3. Berikut hal yang harus dilakukan :

A. Memperbesar konsentrasi N2 dan H2

Kenapa demikian??? sebagaimana yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa konsentrasi mempengaruhi pergeseran kesetimbangan. Jika konsentrasi N2 dan H2 ditambah, maka ksetimbangan akan bergeser kearah pembentukan NH3 lebih banyak. Reaksi yang terjadi kan bolak balik, tentunya NH3 yang terbentuk akan membentuk reaktan kembali. Agar ini tidak terjadi, maka gas NH3 yang terbentuk akan segera diembunkan menjadi bentuk cair dan langsung dipisahkan.

B. Memperbesar tekanan

Pengaruh memperbesar tekanan (volume diperkecil) akan menggeser reaksi kesetimbangan kearah koefisien terkecil. Pada reaksi pembuatan amonia melaui proses Haber - Bosc koefisien reaktan(4) lebih besar dibandingkan koefisien produk (2) sehingga dengan memperbesar tekanan sistem maka kesetimbangan akan bergeser kearah pemebentukan NH3 lebih banyak.

C. Menurunkan suhu reaksi

Jika suhu diturunkan maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi eksoterm. Reaksi pembuatan amonia diatas merupakan reaksi eksoterm kearah kiri yaitu pembentukan NH3, sehingga jika suhu reaksi diturunkan maka kesetimbangan akan bergeser kearah reaksi eksoterm yaitu pembentukan NH3 jadi lebih banyak. Tetapi perlakuan ini cukup sulit sehingga suhu yang dipilih juga harus tepat yaitu suhu 500 derajat Celsius. Jika suhu ditunkan, maka reaksi akan berlangsung lambat tetapi jika suhu dinaiikan, maka NH3 yang terbentuk akan kembali dengan cepat mengurai menjadi N2 dan H2 kembali.

D. Menambah katalis.

Apa itu katalis? Di bab laju reaksi kalian mungkin sudah sering mendengan kata katalis. Katalis adalah zat yang menurunkan energi aktivasi reaksi sehingga reaksi kesetimbangan mudah tercapai. Katalis yang biasa digunakan pada reaksi ini adalah Fe dan K2O. Katalsi akan mempercepat reaksi keraah pembentukan produk. Setelah reaksi kesetimbangan tercapai maka peran katalis akan selesai.

2. Pembuatan Asam Sulfat (H2SO4)

Pembuatan asam sulfat secara industri dilakukan melaui proses kontak. Langkah langkahnya adalah sebagai berikut : a. Membakar belerang murni diudara agar terbentuk gas SO2. Reaksi yang terjadi sebagai berikut :

S(s) + O2(g)

SO2(g)

Selain membakar belerang, gas SO2 juga dapat dibuat dengan membakar pirit (FeS). Reaksi yang terjadi sebagai berikut :

4FeS(s) + 7O2(g) 2Fe2O3(s) + SO2(g)

b. Gas SO2 yang terbentuk ini kemudian akan dioksidasi diudara (direkasikan dengan oksigen). Karena keduanya berwujud gas, maka diperlukan suatu katalis agar reaksi terjadi dan katalis yang digunakan adalah V2O5(katalisator kontak).Reaksi oksidasi gas SO2 ini akan menghasilkan gas SO3 sesuai dengan reaksi :

Gas SO3 yang terbentuk inilah yang menjadi bahan dasar pembuatan asam sulfat. Semakin banyak gas SO3 yang dipunyai tentu produksi asam sulfat akan semakin maksimal. Karena reaksi pembantukan gas SO3 adalah reaksi eksoterm, sehingga jika reaksi dilakukan pada suhu yang renadh maka produksi gas SO3 yang dihasilkan semakin banyak. Hal ini dilakukan dengan menggunakan prinsip pergeseran kesetimbangan kimia. c. Langkah selajutnya adalah gas SO3 yang terbentuk akan dilarutkan kedalam asam sulfat pekat yang telah ada agar terbentuk asam pirosulfat. Reaksi yang terjadi sebagai berikut :

SO3(g) + H2SO4 pekat H2S2O7(l)

d. Asam pirosulfat yang terbentuk akan diubah menjadi asam sulfat dengan mereaksikannya dengan air sesuai dengan reaksi berikut :

H2S2O7(l) + H2O(l) 2H2SO4(l)

Jadi prinsip kesetimbangan kimia yang dipakai ada pada pembuatan gas SO3 sebagai bahan dasar pembuatan asam sulfat.

Beberapa kegunaan asam sulfat (H2SO4)

1. Sebagai bahan dasar industri cat, plastik, aki, tekstil dan bahan peledak. 2. Digunakan pada proses pemurnian minyak tanah 3. Sebagai bahan dasar pembuatan pupuk amonia sulfat (ZA) dan asam fosfat (H3PO4) 4. Untuk menghilangkan karat besi pada baja sebelum dulapisi seng atau timah. 5. Untuk membuat zat warna

3. Pembuatan Gas Klorin (Cl2)

Gas Cl2 dibuat melalui proses Deacon yaitu dengan cara mengoksidasi gas asam klorida dengan oksigen diudara. Reaksinya berlangsung dengan persamaan reaksi berikut :

2HCl(g) + 1/2O2(g) H2O(g) + Cl2(g)

Reaksi diatas adalah reakdi kesetimbangan dengan jenis reaksi eksoterm. Reaski tersebut dapat dipercepat dengan penambahan katalis CuCl2. Kemudian agar produksi gas Cl2 yang dihasilkan maksimal, maka reaksi tersebut dilakukan pada suhu rendah yaitu sekita 430 derajat celcius dan tekanan diperbesar sekitar 200 atm.

4, Reaksi kesetimbangan dalam kehidupan sehari hari.

Selain dimanfaatkan dalam bidang industri, ternyata reaksi kesetimbangan juga terjadi dalam kehidupan sehari hari kita, mungkin tanpa kita sadari. Keberadaan reaksi kesetimbangan ini bahkan menjaga hidup kita seperti beberapa contoh berikut ini :

a. Pengaturan pH darah.

Dalam plasma darah terdapat larutan penyangga yang terdiri dari H2CO3 dan ion HCO3-. Campuran ini berfungsi menjaga pH darah tetap normal yaitu 7,4. Perbandingan antara konsentrasi H2CO3 dan HCK3- dalam darah selau konstan. Hal ini terjadi karena kesetimbangan laju produksi CO2 oleh reaksi oksidasi dalam sel dengan laju hilangnya CO2 oleh pernapasan. Reaksi kesetimbangan penyangga dalam darah.

CO2(g) + H2O(l) H2CO3 (aq)

H2CO3 (aq) HCO3- + H+q) Apabila darah bersifat basa , jumlah ion H+ akan berkurang karena didikat oleh ion OH - dari basa sehingga kesetimbangan bergeser kearah kanan. Jika darah bersifat asam, maka jumlah ion H+ akan bertambah maka kesetimbangan akan bergeser kearah kiri.

b. Silkus oksigen adalam tubuh.

Oksigen dalam tubuh anusia diangkut dan diikat oleh hemoglobin dalam darah. Proses ini berlangsung dalam reaksi kesetimbangan berikut :

Hb(aq) + O2(aq) HbO2(aq)

Oksigen dinagkut oleh darah ke paru paru. Semakin lama jumlah oksigen adalam darah akan meningkat. Dalam paru paru kesetimbangan akan bergeser kekanan. Kesetimbangan akan bergeser ke kiri jika oksigen berada dalam jaringan. Kesetimbangan kekiri menghasilkan oksigen yang digunakan untuk proses pembakaran dalam sel untuk menghasilkan energi.

Bantu Orang Untuk Temukan Artikel Ini Lewat Tombol Share Di Bawah Ini