Kesetimbangan Kimia.docx

1

Kesetimbangan Kimia a.

Pengertian Kesetimbangan Kimia Kesetimbangan kimia adalah keadaan reaksi bolak-balik dimana laju reaksi reaktan dan produk sama dan konsentrasi keduanya tetap. Kesetimbangan kimia hanya terjadi pada reaksi bolak-balik dimana laju terbentuknya reaktan sama dengan laju terbentuknya produk. Reaksi akan terjadi terus menerus secara mikroskopis sehingga disebut kesetimbangan dinamis. Untuk memperoleh gambaran konsep setimbang baiklah kita ambil contoh proses kesetimbangan air dengan uap air dalam sebuah botol. Bila air diletakkan didalam botol terbuka dan dibiarkan dalam waktu yang cukup lama, maka air didalam botol akan berkurang, karena butil-butir air air menguap dari permukaan air dan keluar dari botol. Pada botol tertutup uap air yang terjadi pada proses penguapan tidak keluar dari botol, akbibatnya bila uap telah menjadi jenuh ada sebagian uap air tersebut akan mengembun kembali menjadi bulir-bulir air yang menempel pada botol dan akhirnya mengalir lagi (Gambar 1).

Gambar 1. Kesetimbangan Dinamis pada Penguapan Air

2

Proses ini berlangsung terus menerus. Mengapa air dalam botol tetap? karena jumlah air yang menguap sama dengan jumlah uap air yang mengembun kembali menjadi air, atau dapat dikatakan bahwa didalam botol tersebut laju penguapan air sama dengan laju pengembunan air. Proses demikian ini disebut dengan kesetimbangan dinamis, yaitu proses bolak balik dengan laju yang sama untuk kedua arah Proses kesetimbangan dinamis ini dapat terjadi pula dalam suatu reaksi kimia.

b.

Jenis Reaksi Kimia Berdasarkan Jenis Arahnya Reaksi kimia berdasar arahnya dibedakan menjadi reaksi berkesudahan (satu arah) dan reaksi dapat balik (dua arah). Pada reaksi berkesudahan zat – zat hasil tidak dapat saling bereaksi kembali menjadi zat pereaksi. Contoh: NaOH (aq) + HCl (aq) → NaCl(aq) + H2O(l) Pada reaksi di atas reaksi hanya berlangsung ke arah kanan, sebab bila NaCl dilarutkan ke dalam air tidak akan pernah menjadi NaOH dan HCl. Reaksi dapat balik dapat berlangsung dalam dua arah artinya zat-zat hasil reaksi dapat saling bereaksi untuk membentuk zat pereaksi kembali. Contoh: Jika timbal (II) sulfat padat yang berwarna putih bila direaksikan dengan larutan natrium iodida akan membentuk endapan timbal (II) iodida yang berwarna kuning dengan reaksi,

Sebaliknya bila padatan timbal(II) iodida yang berwarna kuning dari reaksi diatas ditambah larutan natrium sulfat, maka akan terbentuk kembali endapan warna putih dari timbal(II) sulfat dengan reaksi,

3

Jika diamati dari kedua reaksi tersebut maka akan tampak bahwa reaksi yang kedua merupakan kebalikan dari reaksi yang pertama, dan dengan demikian reaksi diatas dikatakan reaksi dapat balik atau. Bila kedua reaksi itu berlangsung secara bersamaan disebut juga sebagai reaksi bolak-balik dan ditulis ditandai dengan dua panah dengan arah berlawanan.

Reaksi kesetimbangan dinamis dapat terjadi bila reaksi yang terjadi merupakan reaksi bolak – balik. c.

Syarat Keadaan Setimbang Meskipun hampir semua reaksi merupakan reaksi dapat balik, tetapi tidak semua reaksi dapat balik akan dapat menjadi reaksi setimbang. Untuk dapat menjadi suatu reaksi setimbang diperlukan persyaratan antara lain, reaksinya bolak-balik, sistemnya tertutup, dan bersifat dinamis. 1. Reaksi bolak-balik. Suatu reaksi kadang-kadang perlu adanya pengaruh dari luar untuk dapat balik, oleh karena itu reaksi tersebut tidak dapat berlangsung secara bersamaan, misalnya reaksi antara timbal (II) sulfat dengan larutan natrium iodida diatas, tentunya tidak akan berlangsung dalam waktu yang bersamaan. Suatu reaksi dapat menjadi reaksi kesetimbangan bila reaksi baliknya dapat dengan mudah berlangsung secara bersamaan, seperti yang terjadi pada proses penguapan air dan pengembunan air didalam botol pada awal bab ini. Proses penguapan dan pengembunan dapat berlangsung dalam waktu yang bersamaan. Reaksi-reaksi homogen (fasa pereaksi dan hasil reaksinya sama), misalnya reaksireaksi gas atau larutan akan lebih mudah berlangsung bolak-balik dibanding

4

dengan reaksi yang heterogen. Umumnya reaksi heterogen dapat berlangsung bolak-balik pada suhu tinggi. Contoh reaksi homogen yang berlangsung bolak-balik,

Contoh reaksi heterogen yang dapat berlangsung bolak-balik pada suhu tinggi:

2. Sistem Tertutup Sistem tertutup bukan berarti reaksi tersebut dilakukan pada ruang tertutup, meskipun kadang-kadang memang diperlukan ruangan tertutup. Pada prinsipnya sistem tertutup yang dimaksud adalah tidak ada zat-zat yang keluar dari sistem, misalnya pada reaksi timbal (II) sulfat dengan larutan natrium iodida, bagaimana mungkin reaksi akan dapat balik jika timbal (II) iodida yang terjadi pada reaksi tersebut dibuang (hilang ) dari sistem. 3. Bersifat Dinamis Bersifat dinamis artinya secara mikroskopis reaksi berlangsung terus menerus dalam dua arah dengan laju reaksi pembentukan sama dengan laju reaksi baliknya. Berlangsungnya suatu reaksi secara makroskopis dapat dilihat dari perubahan suhu, tekanan, konsentrasi atau warnanya. Secara makroskopis reaksi dalam keadaan setimbang tidak menunjukkan adanya gejala – gejala tersebut, justru gejala – gejala tersebut akan tampak pada saat reaksi belum setimbang, karena pada saat tersebut konsentrasi zat-zat pereaksi

5

mula-mula akan berkurang dan konsentrasi hasil reaksi akan bertambah. Untuk lebih jelasnya kita ikuti terjadinya kesetimbangan pada reaksi,

Bila sejumlah gas N2O4 dimasukkan ke dalam botol tertutup, gas yang semula tak berwarna secara perlahan-lahan akan berubah menjadi coklat, semula perubahan itu tidak tampak tetapi secara bertahap akan menjadi semakin coklat. Pada suatu saat warna tersebut akan tidak bertambah pekat, pada saat inilah terjadi kesetimbangan. Pada saat setimbang tersebut masih ada gas N2O4, hal ini dapat dibuktikan dengan mendinginkan tabung tersebut, pada saat didinginkan warna coklat semakin pekat, ini menunjukkan bahwa gas NO2 terbentuk lebih banyak. Jadi pada saat setimbang baik pereaksi maupun hasil reaksi masih tetap ada dalam sistem. Penjelasan untuk peristiwa ini dapat dilihat pada kurva perubahan konsentrasi dan laju reaksi (Gambar 3. dan Gambar 4.).

6

Perubahan laju reaksi selama berlangsungnya reaksi (Gambar 3.) menunjukkan bahwa laju reaksi terhadap gas N2O4 (V N2O4) mula-mula maksimum, laju reaksi itu turun sejalan dengan makin berkurangnya gas N2O4 pada saat yang bersamaan mulai terbentuk gas NO2 (warna coklat mulai tampak), dan pada saat itu mulai ada gas NO2 yang balik menjadi gas N2O4 dan laju reaksi terhadap gas NO2 (V NO2) makin besar karena konsentrasi nya makin besar (ingat bahwa laju reaksi dipengaruhi konsnetrasi). Jadi V N2O4 terus menurun dan V NO2 meningkat sampai waktu tertentu (t) terjadi V N2O4 sama dengan V NO2 dan pada saat itu tercapai keadaan setimbang. Proses ini berlangsung terus jika tidak ada pengaruh dari luar yang menyebabkan terjadinya ketidaksetimbangan.

7

a) Pada saat setimbang konsentrasi N2O4 sama dengan konsentrasi NO2. b) Pada saat setimbang konsentrasi N2O4 lebih besar dari pada konsentrasi NO2. c) Pada saat setimbang konsentrasi N2O4 lebih kecil dari pada konsentrasi NO2. Konsentrasi akan mengalami perubahan dengan pola yang sama, mula-mula yang ada hanya gas N2O4 (konsentrasi N2O4 maksimum), kemudian berkurang terus karena berubah menjadi gas NO2, dan pada saat yang bersamaan gas NO2 yang semula tidak ada (konsentrasinya nol) akan mulai bertambah yang ditandai dengan mulai adanya warna coklat. Konsentrasi gas N2O4 akan terus bertambah dan sejalan dengan itu gas NO2 terus bertambah sampai suatu saat konsentrasinya tetap (ditandai warna coklat yang tetap), dan pada saat itu (t waktu) tercapai suatu keadaan setimbang. Dan mulai saat itu tidak menunjukkan perubahan secara makroskopis. Misalnya warna tidak menjadi lebih pekat atau lebih terang, tekananannya tetap dan lain-lainnya. Pada kondisi setimbang ini maka, laju reaksi kekanan sama dengan kekiri atau V N2O4 = V NO2, konsentrasi gas N2O4 dan konsentrasi gas NO2 tetap, meskipun dapat terjadi tiga kemungkinan yaitu: 1) [N2O4] = [NO2] 2) [N2O4] < [NO2] 3) [N2O4] > [NO2]

d.

Hukum Kesetimbangan dan Tetapan Kesetimbangan (K) Telah dibahas bahwa konsentrasi zat-zat pada saat setimbang akan selalu tetap, dengan demikian bila dilakukan perhitungan aljabar akan didapat suatu harga yang tetap. Untuk menentukan operasi aljabar yang bagaimana yang menghasilkan harga yang tetap. Dari setiap data hasil percobaan tersebut bila reaksi secara umum dituliskan sebagai,

8

maka didapat harga tetap (K) untuk rumusan,

Rumusan ini disebut dengan hukum kesetimbangan, yaitu bila suatu reaksi dalam keadaan setimbang maka hasil kali konsentrasi zat-zat hasil reaksi dipangkatkan koefisiennya dibagi dengan hasil kali konsnetrasi zat-zat pereaksi dipangkatkan koefisiennya akan mempunyai harga yang tetap. Tetapan kesetimbangan bagi suatu reaksi adalah khas untuk suatu reaksi dan harganya tetap pada suhu tertentu, artinya setiap reaksi akan mempunyai harga tetapan kesetimbangan yang cenderung tidak sama dengan reaksi yang lain meskipun suhunya sama, dan untuk suatu reaksi yang sama harga K akan berubah jika suhunya berubah. 

Makna Harga Tetapan Kesetimbangan

1) Dapat untuk mengetahui kondisi suatu reaksi bolak-balik Bila reaksi bolak balik pada suatu suhu tertentu sudah diketahui harga tetapan kesetimbangannya, maka akan dapat diselidiki apakah suatu reaksi bolak-balik dengan komposisi tertentu dalam keadaan setimbang atau tidak. 2) Dapat untuk Menentukan Komposisi Zat-Zat dalam Keadaan Setimbang Dengan mengetahui harga tetapan kesetimbangan suatu reaksi pada suhu tertentu dapat memberikan gambaran tentang komposisi zat- zat yang ada pada kesetimbangan pada suhu tersebut. 3) Dapat memberikan Informasi tentang Hasil Reaksi Harga tetapan kesetimbangan merupakan hasil bagi dari konsentrasi zat hasil dipangkatkan

koefisiennya

dengan

konsentrasi

pereaksi

dipangkatkan

koefisiennya. Karena konsentrasi hasil reaksi selalu sebagai pembilang maka besar kecilnya harga harga K menunjukkan besar kecilnya hasil reaksi pada suhu

9

tertentu. Jika harga K besar berarti hasil reaksinya banyak dan jika K kecil berarti hasil reaksinya sedikit. 

Harga Tetapan Kesetimbangan dan Tekanan Gas

Untuk reaksi yang melibatkan gas tetapan kesetimbangan dapat dinyatakan dari harga tekanan parsial masing-masing gas pada saat setimbang, sebab konsentrasi gas dalam suatu ruangan akan menentukan besarnya tekanan gas tersebut dalam ruangan. Untuk membedakan harga tetapan kesetimbangan yang diperoleh dari harga konsentrasi dan dari harga tekanan parsial, maka untuk selanjutnya harga tetapan kesetimbangan yang diperoleh berdasarkan kosentrasi diberi lambang Kc sedangkan untuk tetapan kesetimbangan yang diperoleh dari harga tekanan diberi lambang Kp. Untuk reaksi setimbang :

Berdasar hukum tentang gas ideal PV = nRT dapat dicari hubungan antara harga Kp dengan Kc, Untuk reaksi setimbang :

10

sedangkan berdasarkan persamaan gas ideal PV = nRT didapat bahwa P = n/V(RT), untuk gas besaran n/V adalah merupakan konsentrasi gas dalam ruangan, sehingga dapat disubstitusikan menjadi,

dan jika (x + y) – (m+n) = Δn yang menyatakan jumlah koefisien gas-gas sesudah reaksi dikurangi dengan jumlah koefisien gas-gas sebelum reaksi maka didapat hubungan Kp dan Kc adalah,

e.

Kesetimbangan Dissosiasi Peruraian suatu zat menjadi zat yang lebih sederhana dikenal dengan istilah dissosiasi. Jadi kesetimbangan dissosiasi adalah merupakan reaksi kesetimbangan yang melibatkan terurainya suatu zat menjadi zat yang lebih sederhana. Contoh :

11

Di dalam sistem kesetimbangan dissosiasi dikenal adanya derajat dissosiasi ( α ) yang menyatakan seberapa bagian (persen) gas yang telah terurai pada saat tercapai kesetimbangan yang dinyatakan dengan rumusan,

Konsep derajat dissosiasi ini dapat membantu dalam perhitungan – perhitungan sistem kesetimbangan. f.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Arah Pergeseran Kesetimbangan Suatu

sistem

dalam

keadaan

setimbang

cenderung

mempertahankan

kesetimbangannya, sehingga bila ada pengaruh dari luar maka sistem tersebut akan berubah sedemikian rupa agar segera diperoleh keadaan kesetimbangan lagi. Dalam hal ini dikenal dengan azas Le Chatelier yaitu, jika dalam suatu sistem kesetimbangan diberikan aksi, maka sistem akan berubah sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi itu sekecil mungkin. Beberapa aksi yang dapat menimbulkan perubahan pada sistem kesetimbangan antara lain, 1.) Perubahan konsentrasi Bila suatu sistem kesetimbangan konsentrasi salah satu komponen dalam sistem ditambah maka kesetimbangan akan bergeser dari arah penambahan itu, dan bila salah satu komponen dikurangi maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pengurangan itu. Contoh :

12

Pada sistem kesetimbangan antara larutan Fe3+ (kuning), SCN2- (tak berwarna) dengan FeSCN2+ (merah ), dengan reaksi kesetimbangan :

Jika ke dalam sistem tersebut ditambahkan larutan SCN2- maka campuran akan semakin merah, karena SCN– yang ditambahkan akan bereaksi dengan Fe3+ dalam sistem dan membentuk FeSCN2+, ini berarti terjadi pergeseran kesetimbangan ke arah kanan, yang berakibat bertambahnya [FeSCN2-] dan berkurangnya [Fe3+]. Dengan menggunakan hukum kesetimbangan dapat dijelaskan sebagai berikut, untuk reaksi setimbang:

Pada suhu yang tetap adalah tetap. Jika pada suhu yang sama ditambahkan ion SCN– , maka [SCN–] bertambah besar, sehingga

Dengan bertambahnya [SCN–] Harga K2 menjadi lebih kecil daripada K1, karena harga K tetap pada suhu yang tetap, maka untuk mendapatkan harga K 1 = K2, [Fe3+] akan berkurang bersamaan dengan bertambahnya [FeSCN2+], dan itu berarti terjadi pergeseran kesetimbangan kekanan. Hal yang sebaliknya bila [Fe3+] dikurangi (misalnya dengan mengikat Fe3+ dengan ion HPO42–) akan mengakibatkan K2 lebih besar daripada K1, dan untuk

13

mengubah harga K2 agar menjadi sama dengan K1 konsentrasi ion Fe3+ akan bertambah bersamaan dengan bertambahnya ion FeSCN2+, dan itu berarti kesetimbangan bergeser kekiri. 2.) Perubahan Volume Bila sistem kesetimbangan :

Volumenya diperbesar dua kali dengan cara menambahkan air kedalamnya maka warna merahnya menjadi lebih muda, ini menunjukkan bahwa [FeSCN2+] berkurang sedangkan [Fe3+] dan [SCN–] bertambah, atau kesetimbangan bergeser kekiri. Dengan menggunakan hukum kesetimbangan peristiwa tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut,

Dengan penambahan air sehingga volume larutan menjadi dua kali lebih besar, maka konsentrasi masing-masing komponen akan mengalami perubahan sebagai berikut: [Fe3+] menjadi

[Fe3+]

[SCN–] menjadi

2 [SCN–] 2

[FeSCN2+] menjadi

[FeSCN2+] 2

maka setelah volume diperbesar didapat harga K2,

14

sehingga K2 menjadi lebih besar daripada K1. Karena suhunya tetap K1 = K2, maka untuk mendapatkan harga K1 sama dengan K2 konsentrasi ion FeSCN2+ akan berkurang dan disertai dengan bertambahnya konsentrasi ion Fe3+ dan SCN- , dan itu berarti kesetimbangan bergeser kekiri. Marilah sekarang dengan cara yang sama kita selidiki untuk kesetimbangan,

Sebelum diadakan perubahan volume harga tetapan kesetimbangannya adalah K1

Setelah volumenya diperbesar menjadi dua kali lebih besar maka terjadi perubahan konsentrasi sebagai berikut: [HI] menjadi [HI]/2 [H2] menjadi [H2]/2 [I2] menjadi [I2]/2 harga tetapan kesetimbangan setelah diadakan perubahan volume menjadi K2

Ini menunjukkan bahwa adanya perubahan volume tidak menyebabkan pergeseran kesetimbangan untuk reaksi diatas.

15

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa, 

Bila suatu reaksi jumlah molekul-molekul atau partikel-partikel sebelum dan sesudah reaksi sama perubahan volume tidak menggeser letak kesetimbangan.



Untuk reaksi yang jumlah partikel – partikel sebelum dan sesudah reaksi tidak sama maka,

Bila volume diperbesar kesetimbangan akan bergeser menuju ke ruas yang jumlah molekul atau partikel (jumlah koefisien reaksi) yang besar. Sedangkan bila volume diperkecil kesetimbangan akan bergeser menuju ke ruas yang jumlah molekul atau partikel (jumlah koefisien reaksi) yang kecil. 3.) Perubahan Tekanan Perubahan tekanan akan berpengaruh pada konsentrasi gas-gas yang ada pada kesetimbangan, oleh karena itu pada sistem reaksi setimbang yang tidak melibatkan gas perubahan volume tidak menggeser letak kesetimbangaan. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh perubahan tekanan terhadap sistem kesetimbangan gas dapat diingat kembali tentang persamaan gas ideal : PV = n RT P = (n/V ) RT Dari persamaan itu menunjukkan bahwa perubahan tekanan akan berakibat yang sebaliknya dengan perubahan volume, artinya bila tekanan diperbesar akan sama pengaruhnya dengan bila volume diperkecil dan sebaliknya bila tekanan diperkecil akan berakibat yang sama dengan bila volume diperbesar. Jadi dapat disimpulkan bahwa, 

Untuk reaksi kesetimbangan yang jumlah partikel sebelum reaksi sama dengan jumlah partikel sesudah reaksi, perubahan tekanan tidak akan menggeser letak kesetimbangan.

16



Untuk reaksi kesetimbangan yang jumlah partikel sebelum reaksi tidak sama dengan jumlah partikel sesudah reaksi jika,

Tekanan diperbesar kesetimbangan akan bergeser ke jumlah partikel yang kecil Tekanan diperkecil kesetimbangan akan bergeser ke jumlah partikel yang besar Perhitungan

jumlah

partikel

ini

hanya

dilakukan

terhadap

komponen

kesetimbangan yang mudah berubah konsnetrasinya, artinya untuk kesetimbangan heterogen jumlah partikel hanya dihitung untuk zat-zat yang masuk pada rumusan harga tetapan kesetimbangan. 4.) Perubahan Suhu Perubahan suhu pada suatu reaksi setimbang akan menyebabkan terjadinya perubahan harga tetapan kesetimbangan (K). Untuk mengetahui bagaimana pengaruh perubahan suhu terhadap pergeseran kesetimbangan berikut disajikan data harga K untuk berbagai suhu dari dua reaksi kesetimbangan yang berbeda, Tabel 2. Harga Kp pada Berbagai Suhu untuk Reaksi Setimbang

Dari kedua tabel tersebut terdapat perbedaan, pada reaksi pertama jika suhunya diperbesar harga Kp makin kecil, ini berarti zat hasil makin sedikit yang diakibatkan oleh terjadinya pergeseran reaksi kekiri.

17

Pada reaksi kedua justru terjadi sebaliknya, yaitu bila suhunya diperbesar harga harga Kp menjadi makin besar, berarti jumlah zat hasil makin banyak yang diakibatkan terjadinya pergeseran kesetimbangan kekanan. Perbedaan dari kedua reaksi tersebut adalah harga perubahan entalpinya. Untuk reaksi pembentukan gas NH3 perubahan entalpinya negatif (Reaksi endoterm) yang menunjukkan bahwa reaksi kekanan melepaskan kalor. Sedangkan pada reaksi antara gas H2 dengan gas CO2 harga perubahan entalpinya berharga positif (Reaksi endoterm) yang menunjukkan bahwa reaksi kekanan adalah reaksi yang menyerap kalor. Dengan demikian pergeseran reaksi kesetimbangan akibat perubahan suhu ditentukan oleh jenis reaksinya endoterm atau eksoterm. Menurut Azas Le Chatelier , JIka sistem dalam keadaan kesetimbangan terjadi kenaikan suhu, maka akan terjadi pergeseran kesetimbangan ke arah reaksi yang menyerap kalor (ΔH positif). 5.) Penambahan Katalis Reaksi pembuatan amonia dengan reaksi sebagai berikut :

pada suhu 100 C akan mencapai keadaan setimbang bertahun–tahun. Bila kedalam reaksi tersebut diberi katalis kesetimbangan akan dapat tercapai hanya dalam waktu 5 menit sampai 10 menit. Dengan demikian katalis dapat mempercepat tercapainya suatu keadaan setimbang. Apakah pengaruhnya jika suatu reaksi yang sudah dalam keadaan setimbang ditambahkan katalis ke dalamnya? Katalis akan mempercepat laju reaksi pembentukan NH3 tetapi sekaligus juga akan mempercepat laju reaksi peruraiannya menjadi gas N2 dan gas H2. Pengaruh ini sama kuatnya, dengan demikian dalam reaksi kesetimbangan katalis tidak terjadi pergeseran letak kesetimbangan tetapi hanya mempercepat tercapainya keadaan setimbang.

18

g.

Proses Kesetimbangan dalam Industri Proses industri umumnya akan mengikuti hukum ekonomi, yaitu dengan biaya yang sekecil-kecilnya untuk memperoleh untung sebanyak-banyaknya. Prinsip ini di dalam industri yang menghasilkan barang tentunya dapat diubah dengan usaha dan biaya seminimal mungkin untuk menghasilkan barang industri sebanyak-banyaknya,

untuk

itu

faktor-faktor

yang

menghambat

atau

memperlambat pada proses itu diusahakan seminimal mungkin. Pada bagian ini akan dibahas bagaimana memperoduksi amoniak (NH3) dan asam sulfat (H2SO4) dalam industri. Kedua bahan kimia tersebut dalam proses pembuatannya melibatkan reaksi setimbang, yang merupakan tahap paling menentukan untuk kecepatan produksi. 1.) Proses Haber pada Pembuatan Amoniak. Amoniak (NH3) merupakan senyawa penting dalam industri kimia, karena sangat luas penggunaannya, misalnya untuk pembuatan pupuk; asam nitrat dan senyawa nitrat untuk berbagai keperluan. Produksi amoniak di Indonesia dilakukan pada pabrik petrokimia di Gresik dan Kujang. Proses pembuatan amoniak dilakukan melalui reaksi :

Cara ini mulai diperkenalkan oleh Fritz Haber Bangsa Jerman pada tahun 1913, dimana pada Perang Dunia I Jerman terkena Blokade Tentara Sekutu sehingga pasokan senyawa nitrat (Sendawa Chili , KNO3) dari Amerika yang merupakan bahan pembuat amunisi tidak dapat masuk ke Jerman. Reaksi pembuatan amoniak ini merupakan reaksi setimbang, oleh sebab itu untuk mendapatkan amoniak sebanyak banyaknya pada prosesnya digunakan Azas Le Chatelier, yaitu untuk menggeser kesetimbangan ke arah pembentukan NH3, konsentrasi N2 dan H2 diperbesar (dengan menaikkan tekanan kedua gas tersebut), Faktor lain yang sangat penting untuk diperhatikan adalah suhu dan tekanan.

19

Dilihat dari reaksinya yang eksoterm seharusnya proses tersebut dilakukan pada suhu rendah, tetapi jika dilakukan pada suhu rendah reaksi antara N2 dan H2 menjadi lamban, untuk itu dapat diatasi dengan memberi katalis Fe yang diberi promotor (bahan yang lebih mengaktifkan kerja katalis) Al2O3 dan K2O. Selain suhu faktor tekanan juga perlu diperhatikan, bila diperhatikan dari persamaan reaksinya NH3 akan banyak terjadi pada tekanan tinggi, meskipun demikian harus juga memperhatikan biaya yang diperlukan dan konstruksi bangunan pabriknya. Dengan berbagai pertimbangan itu didapat kondisi optimum, dimana pada kondisi tersebut akan diperoleh amonia yang secara ekonomis paling menguntungkan. Pada tabel berikut dipaparkan berbagai kondisi temperatur dan tekanan serta amoniak yang dapat dihasilkan. Tabel 4. Persentase Amoniak pada Saat Setimbang untuk Berbagai Suhu dan Tekanan

Dengan pertimbangan konstruksi pabrik, biaya produksi dan

berbagai

pertimbangan diatas, kondisi optimum untuk operasional pabrik amonia umumnya dilakukan pada tekanan antara 140 atm – 340 atm dan temperatur antara 400 C – 600 C. 2.) Pembuatan Asam Sulfat dengan Proses Kontak Asam sulfat merupakan bahan indutri kimia yang penting, yaitu digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan pupuk. Proses Industri asam sulfat (H2SO4) sebenarnya ada dua cara yaitu dengan proses kamar timbal dan Proses Kontak. Proses kamar timbal sudah ditinggalkan karena kurang menguntungkan, hanya tinggal satu pabrik di Amerika Serikat yang masih beroperasi dan itupun dianggap

20

sebagai museum industri. Proses kontak menghasilkan asam sulfat mencapai kadar 99% dan beayanya lebih murah, di Indonesia pabrik asam sulfat antara lain di Petrokimia Gresik, Pusri Palembang dan Kujang Jawa Barat. Pembuatan asam sulfat meliputi tiga tahap yaitu, 1. Pembakaran belerang menjadi belerang dioksida,

2. Oksidasi SO2 menjadi SO3,

3. Mereaksikan SO3 dengan air,

Belerang dioksida yang dihasilkan harus benar-benar murni sebab bila mengandung pengotor akan mengganggu proses selanjutnya. Di Petrokimia Gresik gas SO2 diperoleh dari sisa pengolahan tembaga atas kerjasama dengan PT Freeport (Irian Jaya). Tahapan paling menentukan pada proses pembuatan asam sulfat adalah tahapan kedua, yaitu proses pengubahan SO2 menjadi SO3. Reaksi pada proses ini merupakan reaksi kesetimbangan, maka untuk memperbanyak hasil harus memperhatikan azas Le Chatelier. 1. Reaksi tersebut menyangkut tiga partikel pereaksi (2 partikel SO2 dan 1 partikel gas O2) untuk menghasilkan 2 partikel SO3, jadi perlu dilakukan pada tekanan tinggi. 2. Reaksi kekanan adalah reaksi eksoterm (ΔH = – 196 kJ) berarti harus dilakukan pada suhu rendah, tetapi permasalahannya pada suhu rendah reaksinya menjadi lambat. Seperti pada pembuatan amoniak permasalahan ini dapat diatasi dengan penambahan katalis.

21

Dari penelitian didapat kondisi optimum untuk proses industri asam sulfat dilakukan pada suhu antara 400 C – 450 C dan tekanan 1 atm. Hasil yang didapat berkadar 97 – 99% H2SO4. Oleh karena pada kondisi tersebut sudah didapat hasil yang kadarnya cukup tinggi, maka tidak perlu dilakukan pada tekanan yang lebih tinggi, sebab hanya akan membuang biaya tanpa peningkatan hasil yang berarti.