Reaksi Kesetimbangan di Industri Kimia

Reaksi Kesetimbangan di Industri KimiaReaksi-reaksi yang berkesetimbangan merupakan masalah bagi industri, mengapa? Industri memerlukan produk yang efektif dan efisien dengan biaya semurah-murahnya. Dalam reaksi kesetimbangan, produk yang dihasilkan tidak efektif karena dapat membentuk kembali pereaksi. Untuk menghasilkan produksi yang maksimal diperlukan pengetahuan untuk menggeser posisi kesetimbangan ke arah produk.

1. Reaksi Kesetimbangan pada Industri Amonia.

Amonia merupakan bahan dasar untuk pembuatan pupuk, sebagai pelarut, pembersih, dan banyak lagi produk sintetik yang menggunakan bahan dasar amonia. Amonia disintesis dari gas N2 dan H2melalui prosesHaber seperti ditunjukkan pada Gambar 5.11, reaksinya membentuk kesetimbangan. Secara termokimia, pembentukan amonia bersifat eksotermis. Persamaan termokimianya sebagai berikut.

N2(g) + 3H2(g) ⇆ 2NH3(g) ΔH25 = –92,2 kJ

Masalah utama sintesis amonia adalah bagaimana menggeser posisi kesetimbangan ke arah kanan agar dihasilkan amonia semaksimal mungkin. Apakah Anda punya gagasan atau saran untuk hal ini? Saran pertama tentu pereaksi harus dipasok terus menerus agar posisi kesetimbangan bergeser ke arah pembentukan amonia. Saran kedua, suhu dan tekanan sistem harus optimal. Bagaimana caranya?

 Diagram sintentis amonia (proses Haber)

Gambar 5.11Diagram sintentis amonia (proses Haber)

a. Optimasi Suhu.

Oleh karena pembentukan amonia bersifat eksoterm maka untuk mengoptimalkan produksi amonia, suhu reaksi harus tinggi atau rendah? Tentunya harus rendah karena suhu reaksi yang tinggi akan menggeser kesetimbangan ke arah reaksi endoterm (penguraian amonia). Jika suhu terlalu rendah, reaksi berlangsung sangat lambat (hampir tidak bereaksi). Jika suhu terlalu tinggi, reaksi bergeser ke arah penguraian amonia. Jadi, bagaimana cara yang efektif dan efisien? Dalam kasus seperti ini, perlu ditentukan suhu optimum (tidak terlalu tinggi, juga tidak terlalu rendah). Hasil penyelidikan menunjukkan bahwa suhu optimum pembentukan amonia sekitar 450oC–500oC (perhatikan Gambar 5.12).

b. Optimasi Tekanan.

Selain optimasi suhu, tekanan juga perlu dioptimasi, mengapa? Ini dikarenakan sintesis amonia melibatkan fasa gas dan rasio stoikiometri antara pereaksi dan hasil reaksi tidak sama. Koefisien reaksi pembentukan amonia lebih kecil dari koefisien pereaksi sehingga tekanan harus tinggi. Dalam praktiknya, tekanan yang diterapkan sekitar 250 atm (perhatikan Gambar 5.12a).

Mengapa tekanan yang diterapkan tidak lebih tinggi lagi? Hal ini berkaitan dengan aspek teknologi. Semakin tinggi tekanan maka diperlukan peralatan yang sangat kuat agar tidak terjadi ledakan.

2. Reaksi Kesetimbangan pada Industri Asam Sulfat.

Di Indonesia, asam sulfat merupakan salah satu bahan baku untuk membuat pupuk, pigmen dan cat, pembuatan besi dan baja, pembuatan pulp dan kertas, pengisi sel accumulator, pelarut, pengatur pH di dalam proses industri, pendehidrasi, serta pembuatan produk-produk kimia lainnya, seperti amonium sulfat dan kalsium hidrofosfat. Pembuatan asam sulfat di industri dikembangkan melalui proses kontak seperti pada Gambar 5.13, dengan tiga tahap utama sebagai berikut.

1. Pembentukan belerang dioksida, persamaan reaksinya adalah
S( l ) + O2(g) → SO2(g)

2. Pembentukan belerang trioksida, persamaan reaksinya adalah
SO2(g) + O2(g) ⇆ SO3(g) ΔH = –190 kJ

3. Pembentukan asam sulfat, melalui zat antara, yaitu asam pirosulfat. Persamaan reaksinya adalah
SO3(g) + H2SO4(aq) → H2S2O7(aq)
H2S2O7(aq) + ½ O(l) → 2H2SO4(aq)

Diagram proses kontak (sintesis asam sulfat)

Gambar 5.13Diagram proses kontak (sintesis asam sulfat)

Dari ketiga tahapan tersebut, tahap dua merupakan tahap yang menentukan efisiensi produk asam sulfat sebab membentuk reaksi kesetimbangan. Jika optimasi sistem reaksi tepat maka akan diperoleh gas SO3 yang maksimal. Bagaimana cara mengoptimasi pembentukan SO3pada tahap kedua tersebut?

a. Optimasi Suhu

Oleh karena pembentukan SO3 bersifat eksoterm, efektivitas pembentukan SO3 dioperasikan pada suhu rendah. Kendalanya, sama seperti pada kasus pembuatan amonia. Jika suhu terlalu rendah maka reaksi berlangsung sangat lambat. Akan tetapi, jika suhu terlalu tinggi, reaksi bergeser ke arah penguraian SO3. Selain itu, katalis menjadi tidak berfungsi. Berdasarkan hasil penyelidikan, suhu optimum pembentukan SO3 sekitar 450°C – 500°C (perhatikan Gambar 5.14).

b. Optimasi Tekanan

Berdasarkan data koefisien reaksi, Anda dapat menduga bahwa tekanan yang dioperasikan harus tinggi, agar posisi kesetimbangan bergeser ke arah produk. Umumnya, tekanan yang dioperasikan berkisar antara 2–3 atm. Tekanan tinggi tidak dapat dioperasikan dalam proses ini sebab peralatannya tidak mendukung (SO3 bersifat korosif terhadap logam).

3. Reaksi Kesetimbangan pada Industri Asam Nitrat.

Asam nitrat banyak digunakan dalam pembuatan pupuk, nitrasi senyawa organik untuk bahan eksplosif, plastik, celupan, dan pernis, juga sebagai bahan oksidator dan pelarut. Di industri, pembuatan asam nitrat menggunakan proses Ostwald, yaitu pembuatan asam nitrat dari bahan mentah amonia dan udara. Proses pembuatan asam nitrat melalui tiga tahapan, yaitu:

a. Tahap pembentukan nitrogen oksida.Campuran amonia dan udara berlebih dialirkan melewati katalis Pt–Rh pada suhu 850°C dan tekanan 5 atm. Persamaan reaksinya:

4NH3(g) + 5O2(g) ⇆ 4NO(g) + 6H2O( l ) ΔH= 907 kJ (pada 25°C)

b. Tahap pembentukan nitrogen dioksida. Nitrogen monoksida dioksidasi kembali dengan udara membentuk gas nitrogen dioksida. Persamaan reaksinya:

2NO(g) + O2(g) ⇆ 2NO2(g) ΔH= –114,14 kJ (pada 25°C)

Tahap pembentukan asam nitrat.

Nitrogen dioksida bersama-sama dengan udara berlebih dilarutkan dalam air panas 80°C membentuk asam nitrat. Persamaannya:

4NO2(g) + O2(g) + 2H2O( l ) → 4HNO3(aq)

Pada proses Ostwald, ada dua tahap reaksi yang membentuk kesetimbangan, yaitu tahap satu dan tahap dua. Kedua tahap itu bersifat eksotermis dan memiliki koefisien reaksi yang berbeda, yaitu koefisien hasil reaksi lebih kecil dari koefisien pereaksi. Pada tahap dua, reaksi tidak efisien pada suhu tinggi, sehingga gas NO panas yang terbentuk pada tahap pertama didinginkan dengan memasok udara dingin, sekaligus berfungsi untuk mengoksidasi gas NO menjadi NO2.

  • Pengertian Ikatan ion

    Ikatan ion adalah jenis ikatan elektrostatik antara dua atom yang lebih lemah dari ikatan kovalen, tetapi biasanya lebih kuat dari ikatan hidrogen atau gaya...

  • Contoh Aplikasi Hukum Hess

    Contoh Aplikasi Hukum Hess – Hukum Hess muncul berdasarkan fakta bahwa banyak pembentukan senyawa dari unsur-unsurnya tidak dapat diukur perubahan entalpinya secara laboratorium. Contoh:...

  • Contoh Menyetarakan Persamaan Reaksi

    Contoh Menyetarakan Persamaan Reaksi – Tinjau reaksi antara logam natrium dan gas klorin. Berdasarkan percobaan, dalam reaksi tersebut dihasilkan natrium klorida dengan rumus kimia...

  • Reaksi dalam Larutan

    Reaksi dalam Larutan- Hampir sebagian besar reaksi-reaksi kimia berlangsung dalam larutan. Ada tiga ciri reaksi yang berlangsung dalam larutan, yaitu terbentuk endapan, gas, dan...

  • Pengertian Kecepatan Reaksi

    Pengertian Kecepatan Reaksi- Sifat-sifat suatu materi dapat dipelajari berdasarkan strukturnya (bentuk molekul). Besarnya energi yang terlibat dalam suatu reaksi dapat diketahui dari kajian termokimia....

Baca juga artikel terkait dengan Reaksi Kesetimbangan di Industri Kimia

  • Pengertian Katalis

    Katalis adalah zat yang berfungsi untuk mempercepat reaksi kimia. Katalis dapat berupa bahan organik, sintetis atau logam. Proses di mana zat ini mempercepat atau...

  • Pengertian energi aktivasi

    Dalam kimia, energi aktivasi adalah jumlah minimum energi yang diperlukan untuk mengaktifkan atom atau molekul pada suatu kondisi di mana mereka dapat mengalami transformasi...

  • Pengaruh Suhu pada Reaksi Kimia

    Kita cenderung berpikir karbon monoksida hanya sebagai gas berbahaya yang dihasilkan dari pembakaran tidak sempurna dari produk karbon. Namun, ada pasar yang besar untuk...

  • Pengertian dan Contoh Reaksi dekomposisi

    Antoine Lavoisier secara luas dikenal sebagai “bapak kimia modern”. Dia adalah salah satu yang pertama untuk mempelajari reaksi kimia secara rinci. Lavoisier mereaksikan merkuri...

  • Pengertian dan Contoh Emulsi

    Pengertian dan Contoh Emulsi. Emulsi adalah campuran dari dua cairan yang biasanya tidak bergabung, seperti minyak dan air. Ketika diaduk atau dikocok dengan kuat,...

  • Menentukan Bentuk Struktur Molekul

    Menentukan Bentuk Struktur Molekul – Walaupun jumlah materi di alam sangat banyak dan beragam, tetapi pada dasarnya materi tersebut dibangun oleh beberapa jenis atom...

2 Comments on Reaksi Kesetimbangan di Industri Kimia

  1. lenawaty // 2014-01-28 at 20:18 //

    Bagaimana proses asam sulfat mulai dari bahan baku belerang hingga di peroleh asam sulfat?

  2. budisma // 2014-01-29 at 00:52 //

    proses lengkapnya ada disini http://caesarvery.blogspot.com/2013/07/proses-pembuatan-asam-sulfat-h2so4.html

Leave a comment

Your email address will not be published.

*