Kesetimbangan Kimia dalam Industri

Dalam kesetimbangan kimia, suatu zat akan dihasilkan sebanyak mungkin, suatu reaksi kimia harus diusahakan supaya berlangsung ke arah hasil reaksi (ke arah kanan). Jika reaksinya merupakan reaksi kesetimbangan, maka faktor-faktor konsentrasi, suhu, tekanan gas, dan katalis harus diperhitungkan agar reaksi itu berlangsung cepat dan ekonomis. Dalam hal ini, kita mencoba meninjau dua proses yang sangat penting di bidang industri kimia, yaitu pembuatan amonia menurut proses Haber-Bosch dan pembuatan asam sulfat menurut proses kontak.

Proses Haber-Bosch

Fritz Haber

(1868–1934) dari Jerman adalah orang yang mula-mula berhasil mensintesis amonia dari gas-gas nitrogen dan hidrogen, sehingga ia mendapat hadiah Nobel tahun 1918. Proses pembuatan amonia ini lalu disempurnakan oleh rekan senegaranya, Karl Bosch (1874–1940), yang juga meraih hadiah Nobel tahun 1931. Itulah sebabnya proses pembuatan amonia dikenal sebagai proses Haber-Bosch. Reaksi yang berlangsung sebagai berikut.

N_2(g) + 3 H_2(g)  ↔ 2 NH_{3 (g)} + 22 kkal

Pada suhu biasa, reaksi ini berjalan lambat sekali. Jika suhu dinaikkan, maka reaksi akan berlangsung jauh lebih cepat. Akan tetapi, kenaikkan suhu  menyebabkan reaksi bergeser ke kiri (mengapa?), sehingga mengurangi hasil NH3. Dengan memperhitungkan faktor-faktor waktu dan hasil, maka suhu yang digunakan adalah 500 °C. Untuk mempercepat tercapainya kesetimbangan, dipakai katalis oksida-oksida besi. Agar reaksi bergeser ke kanan, tekanan yang digunakan haruslah tinggi. Tekanan 200 atm akan memberikan hasil NH₃ 15%, tekanan 350 atm menghasilkan NH₃ 30%, dan tekanan 1.000 atm akan mendapatkan NH₃ 40%. Selama proses berlangsung, gas-gas nitrogen dan hidrogen terus-menerus ditambahkan ke dalam campuran. Sedangkan NH₃ yang terbentuk harus segera dipisahkan dari campuran dengan cara mengembunkannya, sebab titik didih NH₃ jauh lebih tinggi daripada titik didih N₂ dan H₂.

Proses Haber-Bosch merupakan proses yang cukup penting dalam dunia industri, sebab amonia merupakan bahan utama dalam pembuatan berbagai barang, misalnya pupuk urea, asam nitrat, dan senyawa-senyawa nitrogen lainnya. Amonia juga sering dipakai sebagai pelarut, karena kepolaran amonia cair hampir menyamai kepolaran air.

Pembuatan asam sulfat menurut proses kontak

Asam sulfat digunakan pada industri baja untuk menghilangkan karat besi sebelum baja dilapisi timah atau seng. Pada pembuatan zat warna, obat-obatan; pada proses pemurnian logam dengan cara elektrolisis; pada industri tekstil, cat, plastik, akumulator, bahan peledak, dan lain-lain. Pendeknya, banyaknya pemakaian asam sulfat di suatu negara telah dipakai sebagai ukuran kemakmuran negara tersebut.

Pada pembuatan asam sulfat menurut proses kontak, bahan yang dipakai adalah belerang murni yang dibakar di udara reaksinya sebagai berikut.

S_(s) + O_2(g) ↔ SO_2(g)  

SO₂ yang terbentuk dioksidasi di udara dengan memakai katalisator. Reaksinya berbentuk kesetimbangan:

2 SO_2(g) + O_2(g) ↔ 2 SO_3(g) + 45 kkal

Dahulu dipakai serbuk platina sebagai katalis. Tetapi sekarang dipakai katalis V₂O₅ (vanadium pentaoksida) yang lebih murah. Menurut kesetimbangan di atas, makin rendah suhunya makin banyak SO₃ yang dihasilkan. Akan tetapi, sama seperti pembuatan amonia, pada suhu rendah reaksi berjalan lambat. Dengan memperhitungkan faktor-faktor waktu dan hasil, dipilih suhu 400 °C karena hasil yang diperoleh pada suhu ini kira-kira 98%. Itulah sebabnya reaksi ini tidak perlu dilaksanakan pada tekanan tinggi. Oleh karena gas SO₃ agak sukar larut dalam air, maka SO₃ dilarutkan dalam H₂SO₄ pekat. Jadi, pada pembuatan H₂SO₄, bahan yang ikut digunakan juga H₂SO₄.

SO₃ + H₂SO₄ ↔ H₂S₂O₇ (asam pirosulfat )

Asam pirosulfat kemudian disirami air menurut reaksi:

H₂S₂O₇ + H₂O ↔  2 H₂SO₄

dan didapatlah asam sulfat dalam rasio hasil reaksi yang mencapai 99,5 %. Sekian dulu sobat materi singkat tentang 2 contoh aplikasi kestimbangan kimia dalam dunia industri.

artikel ini disalin lengkap dari: http://rumushitung.com/2014/01/29/aplikasi-kesetimbangan-kimia-dalam-industri/
halaman utama website: http://rumushitung.com/
jika mencari artikel yang lebih menarik lagi, kunjungi halaman utama website tersebut. Terimakasih!