Nitrogen (
latin nitrum, bahasa yunani berarti soda
asli, gen, pembentukan ) secara resmi ditemukan oleh Daniel Rutherford pada
1772, yang menyebutnya
udara beracun atau udara tetap. Pengetahuan bahwa terdapat pecahan udara yang
tidak membantu dalam pembakaran telah diketahui oleh ahli kimia sejak akhir
abad ke-18 lagi. Nitrogen juga dikaji pada masa yang lebih kurang sama oleh
Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish, dan Joseph Priestley, yang menyebutnya
sebagai udara terbakar atau udara telah flogistat.
Gas nitrogen adalah cukup
lemas sehingga dinamakan oleh Antoine Lavoisier sebagai azote, daripada
perkataan Yunani αζωτος yang bermaksud "tak bernyawa". Istilah
tersebut telah menjadi nama kepada nitrogen dalam perkataan Perancis dan
kemudiannya berkembang ke bahasa-bahasa lain
Nitrogen
adalah salah satu unsur golongan VA yang merupakan unsur nonlogam dan gas yang
paling banyak di atmosfer bumi. Nitrogen merupakan unsur yang relatif stabil,
tetapi membentuk isotop-isotop yang 4 di antaranya bersifat radioaktif. Di alam
nitrogen terdapat dalam bentuk gas N2 yang tidak berwarna dan tidak berbau, tidak berasa, dan
tidak beracun. Pada suhu yang rendah nitrogen dapat berbentuk cairan atau
bahkan kristal padat yang tidak berwarna (bening). Selain itu nitrogen terdapat
dalam bentuk senyawa nitrat, amoniak, protein dan beberapa (Sunardi, 2006:
61-62).
Nitrogen
merupakan molekul diatomik yang memiliki ikatan rangkap tiga.3 Energi ikatannya
cukup tinggi sehingga sangat stabil dan sulit bereaksi. Karena itu kebanyakan
entalpi dan energi bebas pembentukan senyawa nitrogen bertanda positif. Molekul
nitrogen ini sangat ringan dan nonpolar sehingga gaya van der waals antar
molekul sangat kecil. Gas ini masuk dan keluar tubuh manusia sewaktu bernafas
tanpa berubah. Gas ini tidak berbau dan tidak berasa. Nitrogen sangat
diperlukan digunakan sebagai pembuatan senyawa penting seperti amonia dan urea.
Karena kesetabilan yang tinggi, nitrogen dipakai untuk gas pelindung gas
oksigen dalam pabrik kimia, industri logam, dan dalam pembuatan komponen
elektronika. Nitrogen cair juga di gunakan untuk membekukan makanan secara
cepat (Syukri, 1999: 579).
Nitrogen
atau zat lemas adalah sebuah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki
lambang N dan nomor atom 7. Biasanya ditemukan sebagai gas tanpa warna, tanpa
bau, tanpa rasa dan merupakan gas diatomik bukan logam yang stabil, sangat
sulit bereaksi dengan unsur atau senyawa lainnya. Dinamakan zat lemas karena
zat ini bersifat malas, tidak aktif bereaksi dengan unsur lainnya.
Nitrogen
terdapat di udara kira-kira 78,09% persen dari atmosfir bumi dan terdapat dalam
banyak jaringan hidup. Zat lemas membentuk banyak senyawa penting seperti asam
amino, amoniak, asam nitrat, dan sianida. Nitrogen adalah zat non logam, dengan
elektronegatifitas 3.0. Mempunyai 5 elektron di kulit terluarnya. Oleh karena
itu trivalen dalam sebagian besar senyawa. Nitrogen mengembun pada suhu 77K (-196
oC) pada tekanan
atmosfir dan membeku pada suhu 63K (-210oC).
Nitrogen dapat
ditemukan di alam :
·
Nitrogen terdapat di alam sebagai unsur
bebas berupa molekul diatomik (N2) kira-kira 78,09% volume
atmosfir.
·
Dijumpai dalam mineral penting seperti (KNO3)
dan sendawa Chili (NaNO3).
·
Pada tumbuhuan dan hewan, nitrogen
berupa bentuk protein yang komposisi rata-ratanya 51% C; 25% O; 16% N; 7% H;
0,4%P; dan 0,4% S.
B. Sifat fisika dan kimia nitrogen
Sifat
fisika
·
Mempunyai
massa atom = 14,0067 sma
·
Mempunyai
nomor atom =7
·
Titik didih = -1960C
·
Titik
beku = -2100C
·
Mempunyai
jari-jari atom = 0,920 A
·
Mempunyai
Konfigurasi [He]2s2 2p3
·
Dalam
senyawa memiliki bilangan oksidasi -3, +5, +4, dan +2.
·
Mempunyai
volume atom = 17,30 mol/cm3
·
Mempunyai
struktur heksagonal
·
Mempunyai
massa jenis = 1,2151 gram/cm3
·
Mempunyai
kapasitas panas = 1,042 J/g0K
·
Mempunyai
energi ionisasi ke-1 = 1402,3 kJ/mol
·
Mempunyai
energi ionisasi ke-2 = 2856 kJ/mol
·
Mempunyai
energi ionisasi ke-3 = 45781 kJ/mol
·
Mempunyai
nilai elektronegativitas = 3,04
·
Mempunyai
konduktivitas kalor = 0,02598 W/moK
·
Mempunyai
harga entalpi pembentukan = 0,36 kJ/mol
·
Mempunyai
harga entalpi penguapaan = 2,7928kJ/mo
Sifat
kimia
- Berat Jenis Relatif = 0,967
- Berat Molekul = 28,013
- Suhu Kritis = -147,1 ° C
- Berat Jenis Gas (@101,3 kPa dan 15 °C) = 1,170 kg/m3
- Daya larut dalam air (@101,3 kPa dan 20 °C) = 0,016 cm3/cm3
- Berupa gas tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau, dan tidak beracun.
- Mudah menguap
- Tidak reaktif
- Bersifat diamagnetik
- Elektronegatifannya paling tinggi dalam satu golongan.
C. Senyawa nitrogen
Natrium
nitrat (NaNO3) dan kalium nitrat (KNO3) terbentuk oleh dekomposisi bahan-bahan organik dengan
senyawa-senyawa logam tersebut. Dalam kondisi yang kering di beberapat tempat, saltpeters (garam) ini ditemukan dalam jumlah yang cukup dan digunakan
sebagai pupuk. Senyawa-senyawa inorganik nitrogen lainnya adalah asam nitrik
(HNO3), ammonia (NH3) dan oksida-oksida (NO, NO2,
N2O4, N2O), sianida (CN-), dsb. Siklus nitrogen adalah salah satu proses yang penting
di alam bagi mahluk hidup. Walau gas nitrogen tidak bereaksi, bakteri-bakteri
dalam tanah dapat memperbaiki nitrogen menjadi bentuk yang berguna (sebagai
pupuk) bagi tanaman. Dengan kata lain, alam telah memberikan metode untuk
memproduksi nitrogen untuk pertumbuhan tanaman. Binatang lantas memakan
tanaman-tanaman ini dimana nitrogen telah terkandung dalam sistim mereka
sebagai protein. Siklus ini lengkap ketika bakteria-bakteria lainnya mengubah
sampah senyawa nitrogen menjadi gas nitrogen. Sebagai komponen utama protein,
nitrogen merupakan bahan penting bagi kehidupan.
Ammonia
Amonia
(NH3) merupakan senyawa komersil nitrogen yang
paling penting. Ia diproduksi menggunakan proses Haber. Gas natural (metana, CH4) bereaksi dengan uap panas untuk memproduksi karbon dioksida
dan gas hidrogen (H2) dalam proses dua
langkah. Gas hidrogen dan gas nitrogen lantas direaksikan dalam proses Haber
untuk memproduksi amonia. Gas yang tidak bewarna ini bau yang menyengat dapat
dengan mudah dicairkan. Bahkan bentuk cair senyawa ini digunakan sebagai pupuk
nitrogen. Amonia juga digunakan untuk memproduksi urea (NH2CONH2), yang juga digunakan sebagai pupuk dalam industri plastik,
dan dalam industri peternakan sebagai suplemen makanan ternak. Amonia sering
merupakan senyawa pertama untuk banyak senyawa nitrogen.
Oksida Nitrogen (NO dan NO2)
Gas nitrogen monoksida (NO) memiliki sifat tidak
berwarna, yang pada konsentrasi tinggi juga dapat menimbulkan keracunan. Di
samping itu, gas oksida nitrogen juga dapat menjadi penyebab hujan asam.
Keberadaan gas nitrogen monoksida (NO) di udara disebabkan karena gas nitrogen
ikut terbakar bersama dengan oksigen (O2),
yang terjadi pada suhu tinggi.
Gas
NO2 merupakan gas yang beracun, berwarna merah
cokelat, dan berbau seperti asam nitrat yang sangat menyengat dan merangsang.
Keberadaan gas NO2 lebih dari 1 ppm
dapat menyebabkan terbentuknya zat yang bersifat karsinogen atau penyebab
terjadinya kanker. Jika menghirup gas NO2 dalam kadar 20 ppm akan dapat menyebabkan kematian. Sebagai
pencegahan maka di pabrik atau motor, bagian pembuangan asap ditambahkan
katalis logam nikel yang berfungsi sebagai konverter. Prinsip kerjanya adalah
mengubah gas buang yang mencemari menjadi gas yang tidak berbahaya bagi
lingkungan maupun kesehatan manusia.
Nitrogen adalah unsur yang paling berlimpah di
atmosfer (78% gas di atmosfer adalah nitrogen). Meskipun demikian, penggunaan
nitrogen pada bidang biologis sangatlah terbatas. Nitrogen merupakan unsur yang
tidak reaktif (sulit bereaksi dengan unsur lain) sehingga dalam penggunaan
nitrogen pada makhluk hidup diperlukan berbagai proses, yaitu : fiksasi
nitrogen, mineralisasi, nitrifikasi, denitrifikasi.
Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi
senyawa yang mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi
yang lain. Transformasi ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis.
Siklus nitrogen secara khusus sangat dibutuhkan dalam ekologi karena
ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat proses ekosistem kunci,
termasuk produksi primer dan dekomposisi. Aktivitas manusia seperti pembakaran
bahan bakar fosil, penggunaan pupuk nitrogen buatan, dan pelepasan nitrogen
dalam air limbah telah secara dramatis mengubah siklus nitrogen global.
D.
Kegunaan
nitrogen
Nitrogen cair banyak digunakan sebagai sumber
pendingin dan dengan demikian mempunyai peranan dalam akumulator pendingin.
Nitrogen digunakan di berbagai bidang :
·
Dalam
bentuk amonia nitrogen digunaksn sebagai bahan pupuk, obat-obatan, asam nitrat,
urea, hidrasin, amin, dan pendingin
·
Asam
nitrat digunakan dalam pembuatan zat pewarna dan bahan peledak.
Nitrogen sering digunakan jika diperlukan lingkungan yang inert, misalnya dalam bola lampu listrik untuk mencegah evaporasi filamen
Nitrogen sering digunakan jika diperlukan lingkungan yang inert, misalnya dalam bola lampu listrik untuk mencegah evaporasi filamen
·
Sedangkan
nitrogen cair banyak digunakan sebagai refrigerant (pendingin) yang sangat
efektif karena relatif murah
·
Banyak
digunakan oleh laboratorium-laboratorium medis dan laboratorium- laboratorium
penelitian sebagai pengawet bahan-bahan preservatif untuk jangka waktu yang
sangat lama, misalnya pada bank sperma, bank penyimpanan organ-organ tubuh
manusia, bank darah, dan sebagainya
·
Penyimpanan
bahan-bahan yang mudah busuk : freezing, cooling, mengawetkan produk makanan
dan minuman yang belum diolah pada suhu rendah, pengiriman dengan menggunakan
truk pendingin
·
Penyimpanan
produk-produk biologi: freezing, cooling, penyimpanan bersuhu rendah untuk
darah, lapisan kulit ari dan sperma untuk inseminasi buatan
·
Bedah otak dan mata
E.
Manfaat
nitrogen dalam ekologi
Nitrogen sangatlah penting untuk berbagai proses
kehidupan di Bumi. Nitrogen adalah komponen utama dalam semua asam amino, yang
nantinya dimasukkan ke dalam protein, tahu kan kalau protein adalah zat yang
sangat kita butuhkan dalam pertumbuhan. Nitrogen juga hadir di basis pembentuk
asam nukleat, seperti DNA dan RNA yang nantinya membawa hereditas. Pada
tumbuhan, banyak dari nitrogen digunakan dalam molekul klorofil, yang penting
untuk fotosintesis dan pertumbuhan lebih lanjut. Meskipun atmosfer bumi
merupakan sumber berlimpah nitrogen, sebagian besar relatif tidak dapat
digunakan oleh tanaman. Pengolahan kimia atau fiksasi alami (melalui proses
konversi seperti yang dilakukan bakteri rhizobium), diperlukan untuk mengkonversi gas nitrogen
menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh organisme hidup, oleh karena itu
nitrogen menjadi komponen penting dari produksi pangan. Kelimpahan atau
kelangkaan dari bentuk “tetap” nitrogen, (juga dikenal sebagai nitrogen
reaktif), menentukan berapa banyak makanan yang dapat tumbuh pada sebidang
tanah
Fenomena alam, menyatakan bahwa atmosfir terdiri
dari 79% Nitrogen (berdasarkan volume) sebagai gas padat N2. Namun meskipun demikian, penyediaan makanan untuk
kehidupan manusia dan hewan-hewan lainnya lebih dibatasi oleh nitrogen daripada
unsur-unsur lainnya. Sebagai gas padat, N2 tidak bereaksi dengan unsur-unsur lainnya untuk
menghasilkan suatu bentuk nitrogen yang dapat digunakan oleh sebagian besar
tanaman.
F.
Pembuatan
nitrogen
Proses pembuatan nitrogen
1.
Filtrasi
Udara bebas yang
menjadi feed atau umpan sebagai bahan baku pembuatan gas nitrogen terlebih
dahulu disaring dengan menggunakan filter dengan kerapatan (mesh) tertentu
sesuai dengan spesifikasi tekanan dan flow compressor.
Contoh gas pengotor /
debris (partikel kasar yang tidak dikehendaki) : uap air, karbondioksida, debu
juga bisa menjadi zat pengotor pada udara bebas. Zat pengotor ini harus
dihilangkan karena dapat menyebabkan penyumbatan pada peralatan, tingkat
bahaya yang dapat ditimbulkan, korosi, dan juga dalam batas – batas tertentu
dilarang terkandung dalam spesifikasi produk akhir.
2.
Kompresi
Udara yang telah
difilter diumpankan ke inlet kompresor untuk dinaikkan tekanannya. Efisiensi
kompresor sangatlah penting, oleh karena itu dibutuhkan pemilihan jenis
kompresor yang tepat. Umumnya digunakan kompresor tipe turbo (sentrifugal)
multi stage dengan pendingin diantara stagenya.
Energi yang digunakan akan sebanding dengan besar energi
output produk ditambah cold production.
3.
Cooling
water
Air umumnya digunakan
sebagai pendingin pada industry sebab air tersedia jumlahya dan mudah
ditangani. Air juga mampu menyerap sejumlah besar enegi per satuan volume dan
tidak mengalami ekspansi maupun pengerutan dalam rentang temperature yang
biasanya dialaminya. System penguapan terbuka merupakan tipe system pendingin
yang umumnya digunakan dalam plant pemisahan udara.
Outlet compressor akan
sangat panas, ini akan mengurangi efisiensi pada proses selanjutnya, maka
dibutuhkan pendinginan sampai pada temperature desain (tergantung dari
spesifikasi alat dan bahan yang digunakan pada proses).
Pada sebagian industry
menggunakan system direct cooler pada proses pendinginannya, dimana terjadi
kontak langsung antara udara dengan air pada sepanjang tray direct cooler.
Direct cooler mempunyai kelebihan dari pada proses pendinginan yang menggunakan
tube atau shell cooler, dimana temperature yang bisa dicapai yaitu 2ºC, sedang
pada tube atau shell cooler hanya sekitar 8ºC, efek pengguyuran (scrubbing)
dari air juga dapat membantu menurunkan kandungan partikel dan menyerap
pengotor yang terbawa udara. Namun jika direct cooler tidak terjaga,seperti ∆P
tinggi (pada aliran dan udara masuk) dan tinggi cairan (pada aliran air). Oleh
karena tingginya perbedaan temperature yang melalui tray bawah unit, maka pada
tray ini sangat mungkin terjadi pembentukan kerak. Untuk alasan itu, water
treatment harus bekerja efektif dan tray harus dibersihkan dan diperiksa jika
memungkinkan.
4. Purification
( pemurnian )
Air, CO2,
Hidrokarbon adalah unsur pengotor udara yang akan menggangu proses, air dan CO2 akan membeku lebih awal (titik beku lebih tinggi dari pada
Nitrogen sehingga berpotensi menyumbat di bagian-bagian tertentu dalam proses).
Sedangkan Hidrokarbon berpotensi menyebabkan ledakan di daerah bagian bawah
kolom distilasi (tempat terjadinya penumpukan hidrokarbon).
Di PPU (pre
purification unit) terdapat beberapa lapisan, umumnya terdiri dari molecular
shieve (butiran-butiran ukuran mikro berlubang yang seukuran dengan dimensi
partikel CO2, H2O dan beberapa jenis hidrokarbon), tujuannya untuk memerangkap
CO2, H2O dan hidrokarbon.
lapisan lainnya adalah alumina yang bertujuan untuk memerangkap H2O
yang lolos dari lapisan pertama.
5. Heat
exchanger ( pemindah panas )
Udara yang telah murni
dimasukkan ke kolom distilasi melewati heat exchanger (untuk pendinginan awal,
yg disilangkan dengan keluaran expander) sebagai feed gas (untuk terjadinya
distilasi dibutuhkan feed gas dari bawah kolom dan reflux dari atas kolom
dengan rasio 10:7 untuk tipe packed tray).
6.
Ekspansi
Sebagian udara
diumpankan ke expander untuk memproduksi dingin yang dibutuhkan proses (reflux
dan heat loss recovery) sehingga keluarannya berbentuk cairan yang di umpankan
ke atas kolom melewati heat exchanger sebagai reflux. Untuk ini, expander
membutuhkan penyerap energi sebesar cold production yang diinginkan, bisa
dicouple dengan alat oil brake, generator, kompressor atau yang lainnya.
7.
Distilasi
Pada proses ini final
terjadi proses pemisahan antara gas – gas yang terkandung pada udara bebas
sebagai umpan melalui perbedaan titik didih (relative volatilitas).
Kolom yang telah
diumpani oleh feedgas dan reflux dengan proporsional akan menghasilkan
homogenitas di area-area tertentu, bagian atas kolom akan homogen dengan
Nitrogen, bawah kolom dengan oksigen, ini dikarenakan beda titik cair, pada
temperatur kolom sebesar -1700C, oksigen lebih cenderung untuk berubah menjadi
cairan (titik cair O2
= -1830C pada atm pressure) dan menuju bawah
kolom, sedangkan nitrogen cenderung bertahan pada bentuk gas (titik cair N2
= -195,80C pada atm pressure) dan menuju
bagian atas kolom.
Pada kolom terdapat
tray bertingkat yang memungkinkan terjadinya lebih banyak pergesekan antara
feed gas dan reflux sehingga lebih memungkinkan bagi kedua jenis stream untuk
bertukar properti. Feed gas akan diserap sebagian energinya sehingga menjadi
lebih dingin dan membuat O2
melambat dan cenderung mencair, sedangkan N2
karena masih jauh dari titik cairnya akan tetap berupa gas.artikel ini disalin lengkap dari:
halaman utama website:
Jika ada waktu, Dimohon untuk Membuka Halaman Utama website yang telah saya salin artikelnya ya!
No comments:
Post a Comment