Post on 02-Dec-2015
description
1
BAB I
PENDAHULUAN
Kesetimbangan kimia adalah suatu keadaan di mana tidak ada perubahan yang teramati
selama bertambahnya waktu reaksi. Jika suatu kimia telah mencapai keadaan kesetimbangan
maka konsentrasi reaktan dan produk menjadi konstan sehingga tidak ada perubahan yang
teramati dalam sistem. Meskipun demikian, aktivitas molekul tetap berjalan, molekul-
molekul reaktan berubah mnjadi produk secara terus-menerus sambil molekul-molekul
produk berubah menjadi reaktan kembali dengan kecepatan yang sama.
Pengaruh katalis
Untuk mempercepat proses kesetimbangan kimia,sering dipergunakan zat tambahan lain
yaitu katalis. Dalam sistem kesetimbangan, katalis tidak mempengaruhi letak kesetimbangan,
katalisator hanya berperan mempercepat reaksi yang berlangsung, mempercepat terjadinya
keadaan setimbang, pada akhir reaksi katalisator akan terbentuk kembali. Katalis tidak dapat
menggeser kesetimbangan kimia.
2
BAB II
JAWABAN PEMICU
A. Mulai abad 18, nitrat banyak dibutuhkan dalam industry dan berbagai keperluan.
Namun, persediaannya terbatas sehingga kaluim nitrat yang tersedia secara alami
sering digunakan sebagai bahan baku utama. Pada abad ke 19, penggunaan nitrat
semakin meningkat, sehingga bahan baku yang tersedia tidak dapat lagi mencukupi
permintaan.
Nitrat juga merupakan bahan baku untuk pupuk buatan ammonium nitrat, yang
menjadi sumber nitrogen anorganik bagi tumbuha,. Untuk dapat membuat pupuk
buatan ini, diperlukan gas amoniak, dan reaksi yang dilakukan dalam sebuah
reactor pada suhu tinggi.
Gas amoniak, seagai bahan baku pembuatan pupuk ammonium nitrat, dapat dibuat
dengan cara mereaksikan H2 dengan N2, dengan proses yang dikenal dengan nama
proses Haber-Bosch. Proses Haber-Bosch adalah salah sati porses yang menerapkan
teori kesetimbangan kimia. Proses ini sangat sederhana akan tetapi memiliki
beberapa tingkat kesukaran teknis, yang mana untuk menigkatkan jumlah
perolehan produk hars mengikuti beberapa prinsip yang dikenal sebagai azas Le
Chatelier.
1. Senyawa HNO3 merupakan kimia penting yang digunakan sebagai bahan baku untuk peledak seperti TNT (trinitrotoluene). Jenis asam ini dapat menimbulkan ledakan dahsyat. Sebagai mahasiswa teknik kimia, tentunya anda harus tahu sifat-sifat fisika-kimianya dan bagaimana menanganinya, dan berdasarkan sifat-sifatnya ini, berikan analisis kenapa HNO3 dipilih sebagai bahan baku TNT? Dan kenapa efek ledakan hanya terjadi setelah membentuk TNT? Jelaskan pendapat anda!Senyawa kimia asam nitrat (HNO3) adalah sejenis cairan korosif yang tak berwarna,
dan merupakan asam beracun yang dapat menyebabkan luka bakar. Larutan asam
nitrat dengan kandungan asam nitrat lebih dari 86% disebut sebagai asam nitrat
berasap, dan dapat dibagi menjadi dua jenis asam, yaitu asam nitrat berasap putih dan
asam nitrat berasap merah.
Asam nitrat murni (100%) merupakan cairan tak berwarna dengan berat jenis 1.522
kg/m³. Ia membeku pada suhu -42 °C, membentuk kristal-kristal putih, dan mendidih
3
pada 83 °C. Ketika mendidih pada suhu kamar, terdapat dekomposisi (penguraian)
sebagian dengan pembentukan nitrogen dioksida sesudah reaksi:
4HNO3 → 2H2O + 4NO2 + O2 (72°C)
yang berarti bahwa asam nitrat anhidrat sebaiknya disimpan di bawah 0 °C untuk
menghindari penguraian. Nitrogen dioksida (NO2) tetap larut dalam asam nitrat yang
membuatnya berwarna kuning, atau merah pada suhu yang lebih tinggi.
Sebagai mana asam pada umumnya, asam nitrat bereaksi dengan alkali, oksida basa,
dan karbonat untuk membentuk garam, seperti amonium nitrat. Karena memiliki sifat
mengoksidasi, asam nitrat pada umumnya tidak menyumbangkan protonnya (yakni, ia
tidak membebaskan hidrogen) pada reaksi dengan logam dan garam yang dihasilkan
biasanya berada dalam keadaan teroksidasi yang lebih tinggi.Karenanya, perkaratan
(korosi) tingkat berat bisa terjadi. Perkaratan bisa dicegah dengan penggunaan logam
ataupun aloi anti karat yang tepat.
Asam nitrat memiliki tetapan disosiasi asam (pKa) 1,4: dalam larutan akuatik, asam
nitrat hampir sepenuhnya (93% pada 0.1 mol/L) terionisasi menjadi ion nitrat NO3
dan proton terhidrasi yang dikenal sebagai ion hidronium, H3O+
a. Cara untuk mengontrol kinetika reaksi :
Perlu mengetahui terlebih dahulu apa itu kinetika reaksi dalam suatu senyawa
organik.kineika reaksi erat hubungannya dengan laju reaksi.
Menurut Kami, dalam hal ini laju/kecepatan reaksi senyawa TNT yang
digunakan.Dengan cara mengontrol Konsentrasi (M) yang akan digunakan dalam
senyawa tersebut. Semakin besar konsentrasi senyawa yang digunakan maka
semakin reaktif senyawa nya sehingga terjadi peledakan.Jika ditambahkan
dengan bahan lain seperti Campuran Ammonium Nitrat.
b. Cara untuk mengontrol termodinamika :
Termodinamika berarti kaitannya dengan ‘thermo’ artinya perhatikan SUHU nya.
Menurut Kami, dengan kita melihat suhu yang dipakai dalam senyawa
TRINITROTOLUENA (TNT) agar dapat meledak dengan suhu 800C. Oleh
karena itu dapat dicontrol suhunya dengan cara menurunkan suhunya. Karena
senyawa TNT itu bersifat peledak dengan Tekanan (P) maksimum maka itu
mengontrolnya adalah dengan menaikkkan kapasitas jumlah (Volume) senyawa
TNT.
4
c. Pendekatan kimia :
Satu hal yang harus diperhatikan dalam control kinetika ( kecepatan reaksi) dan
kontrol termodinamika (Suhu (T0C ) berasal dari kata termo yang berarti "suhu "
dan dinamika yang berarti "gerakan " dari partikel molekul-molekul reaktan yang
digunakan dalam mnghasilkan produk yang lebih stabil.
Dengan memperhatikan KONSENTRASI (M), VOLUME (V) & TEKANAN (P)
Untuk senyawa yang akan digunakan.
Bila konsentrasi (M) di perbanyak,maka suhu (T0C).Karena akan diperoleh
produk yang stabil.dimana terjadi tumbukan partikel molekul yang lambat
karena terlalu banyak konsentrasinya.
Bila konsentrasi (M) lebih sedikit,maka suhu (T0C ) dinaikkan untuk
memperoleh produk yang lebih stabil.
Bila konsentrasinya besar (M),kemudian suhu (T0C ) dinaikkan maka akan
berpengaruh pada tekanan,produk yang kita buat ( larutan ) menjadi lewat
jenuh maka akan terjadi ledakan.Jika kita menginginkan hal ini terjadi.Adapun
Cara kita yang dilakukan agar tidak terjadi ledakan yaitu dengan mengontrol
tekanan (P)
Pengaruh Tekanan yaitu,bila tekanan (P) tinggi maka akan terjadi ledakan
pada larutan.agar supaya tidak terjadi ledakan maka perlu diperhatikannya
Volume (V) karena akan menghindari adanya ledakan dan diperoleh lah suatu
produk sebanyak-banyaknya yang lebih stabil.
2. Bagaimana bentuk reaksi pembentukan pupuk ammonium nitrat? Apa bedanya
dengan proses Haber-Bosch? Apa yang anda ketahui tentang reaksi
kesetimbangan kimia? Bagaimana kesetimbangan kimia itu dapat terjadi?
Factor apa saja yang dapat mempengaruhi kesetimbangan kimia? Apa yang
dimaksud dengan konstanta kesetimbangan kimia? Apa bedanya dengan
quotient reaksi? Jelaskan!
Dalam industri, amonia dibuat dengan dengan mencampur gas N2 yang
diperoleh melalui udara dan gas H2 yang diperoleh dari reaksi antara gas metana dan
air. Campuran gas N2 dan H2 dengan perbandingan N2 : H2 = 3 : 1 tersebut kemudian
dialirkan melalui pompa bertekanan tinggi (250 atm) ke dalam tabung pemurnian gas.
Dalam tabung inilah kemudian diperoleh gas N2 dan H2 murni yang dialirkan ke
dalam reaktor katalisis. Saat ini, reaktor katalisis ini dilengkapi dengan katalis serbuk
5
besi (Fe) yang diberi promotor Al2O3 dan K2O untuk mempercepat proses
kesetimbangan.
Reaksi pembuatan amonia merupakan reaksi eksoterm, sehingga untuk
menghasilkan amonia dalam jumlah besar, maka reaksi tersebut harus dilakukan pada
suhu yang rendah. Akan tetapi, pada suhu rendah reaksi akan berlangsung lambat.
Oleh karena itu, untuk mengimbanginya, maka reaksi dalam pembuatan amonia
dilakukan pada suhu tinggi (sekitar 500°C) dan tekanan yang tinggi (200 – 400 atm).
Suhu dan tekanan tersebut memungkinkan reaksi pembuatan amonia dapat
berlangsung cepat dan amonia yang dihasilkannya dalam jumlah besar (reaksi
bergeser ke kanan).
Jadi, berdasarkan uraian di atas, maka pada reaksi kesetimbangan dalam
pembuatan amonia, suhu yang tinggi dan katalis berfungsi untuk mempercepat reaksi,
sedangkan tekanan yang tinggi berfungsi untuk menggeser reaksi ke arah hasil reaksi
(dalam hal ini amonia).
Amonia yang dihasilkan dalam proses industri berupa amonia cair. Hal ini
karena campuran gas H2, N2 dan NH3 dialirkan melalui kondensor. Karena NH3
mempunyai titik didih lebih tinggi dibanding H2 dan N2, maka NH3 akan segera
mencair dan ditampung dalan bejana tertentu, sedangkan gas H2 dan N2 didaur ulang
kembali untuk menghasilkan emonia pada proses berikutnya.
Mekanisme produksi amonia yang telah diuraikan di atas pada mulanya
dikembangkan oleh dua orang ahli kimia Jerman, Fritz Haber (1868-1934) dan Karl
Bosch (1874-1940), sehingga proses pembuatan amonia tersebut di kenal dengan
proses Haber-Bosch. Secara umum, proses Haber-Bosch tersebut dapat digambarkan
sebagai berikut.
Pada tahun 1905.Fritz Haber mulai mempelajari reaksi dalam pembuatan
amonia yang menggunakan pemikiran yang diprakarsai oleh Le Chatelier dan
ilmuwan-ilmuwan lainnya. Haber menyelesaikan masalah suhu dalam reaksi
pembentukan amonia dan unsur-unsurnya dengan mengembangkan katalis yang dapat
meningkatkan laju reaksi secara cepat pada suhu-suhu yang lebih rendah. Pencapaian
terbesar Haber adalah penemuannya pada tahun 1913, yaitu dia berhasil mensintesis
amonia dari gabungan langsung antara nitrogen dan hidrogen yang cukup efektif
dengan menggunakan katalis (uranium dan osmium).
Sementara itu Karl Bosch adalah seorang ahli kimia dam insinyur Jerman yang
dilahirkan di Cologne pada tahun 1874. Bosch memberikan kontribusi penting pada
6
industri kimia termasuk proses komersial pada pengubahan gas hidrogen dan nitrogen
menjadi amonia.
Karl Bosch melanjutkan penelitian pada proses Haber untuk membuat
produksi dapat dikerjakan dengan mudah. Mula-mula dia merencanakan cara untuk
membuat hidrogen dan nitrogen dalam jumlah yang banyak. Selanjutnya dia mencoba
untuk menemukan katalis yang dapat menggantikan uranium dan osmium yang mahal
yang digunakan dalam proses Haber. Akhirnya, Bosch berhasil membangun sebuah
pabrik untuk membuat amonia yang dilengkapi dengan ruang reaksi yang dapat
bertahan dalam suhu dan tekanan yang sangat tinggi.
Kesetimbangan Kimia
Pada reaksi yang berlangsung bolak balik, ada saat dimana laju terbentuknya
produk sama dengan laju terurainya kembali produk menjadi reaktan. Pada keadaan
ini, biasanya tidak terlihat lagi ada perubahan. Keadaan reaksi dengan laju reaksi maju
(ke kanan) sama dengan laju reaksi baliknya (ke kiri) dinamakan keadaan setimbang.
Reaksi yang berada dalam keadaan setimbang disebut Sistem Kesetimbangan.
Ciri-Ciri Kesetimbangan kimia:
Hanya terjadi dalam wadah tertutup, pada suhu dan tekanan tetap
Reaksinya berlangsung terus-menerus (dinamis) dalam dua arah yang berlawanan
Laju reaksi maju (ke kanan) sama dengan laju reaksi balik (ke kiri)
Semua komponen yang terlibat dalam reaksi tetap ada
Tidak terjadi perubahan yang sifatnya dapat diukur maupun diamati.
Pada saat setimbang, ada beberapa kemungkinan yang terjadi dilihat dari
konsentrasi pereaksi atau hasil reaksi pada saat itu.Contoh:
Pada reaksi A + B→ C + D ada 3 kemungkinan yang terjadi yaitu sebagai berikut:
Gambar II.1. Kemungkinan I pada reaksi kesetimbangan
Kemungkinan I ditunjukkan pada Gambar 1.
7
a. Mula-mula konsentrasi A dan B harganya maksimal, kemudian berkurang sampai tidak ada perubahan.
b. Konsentrasi C dan D dari nol bertambah terus sampai tidak ada perubahan.c. Pada saat setimbang, konsentrasi C dan D lebih besar daripada A dan B.
Gambar II.2. Kemungkinan II pada reaksi kesetimbangan
Kemungkinan II ditunjukkan padaGambar 2. Perubahan konsentrasi A dan B menjadi C dan D sama seperti kemungkinan I. Pada saat setimbang, konsentrasi C dan D lebih kecil daripada A dan B
Gambar II.3. Kemungkinan III pada reaksi kesetimbangan
Kemungkinan III ditunjukkan pada Gambar 3. Perubahan konsentrasi A dan B menjadi C dan D sama seperti kemungkinan I dan
II, tetapi pada saat setimbang konsentrasi A dan B sama dengan konsentrasi C dan D.
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi sistem kesetimbangan adalah perubahan konsentrasi, perubahan suhu, perubahan tekanan, dan perubahan volume.a. Perubahan Konsentrasi
Anggaplah dimiliki persamaan reaksi kesetimbangan antara empat zat,A, B, C dan D, sebagai berikut :aA + bB ↔ cC + dDBerdasarkan asas Le Chatelier “Jika suatu sistem kesetimbangan menerima suatu
aksi maka sistem tersebut akan mengadakan reaksi, sehingga pengaruh aksi
menjadi sekecil-kecilnya.”, posisi kesetimbangan akan bergerak kearah yang
8
berlawanan dari perubahan. Berarti dengan penambahan konsentrasi A, maka
posisi kesetimbangan akan bergeser kearah pembentukan C dan D.
b. Perubahan Volume atau Tekanan
Jika dalam suatu sistem kesetimbangan dilakukan aksi yang menyebabkan
perubahan volume (bersamaan dengan perubahan tekanan), maka dalam system
akan mengadakan reaksi berupa pergeseran kesetimbangan sebagai berikut.
Jika tekanan diperbesar (volume diperkecil), maka kesetimbangan akan bergeser
ke arah jumlah koefisien reaksi kecil.
Jika tekanan diperkecil (volume diperbesar), maka kesetimbangan akan bergeser
ke arah jumlah koefisien reaksi besar.
c. Perubahan suhu
Menurut Van’t Hoff:
Bila pada sistem kesetimbangan suhu dinaikkan, maka kesetimbangan reaksi
akan bergeser ke arah yang membutuhkan kalor (ke arah reaksi endoterm).
Bila pada sistem kesetimbangan suhu diturunkan, maka kesetimbangan reaksi
akan bergeser ke arah yang membebaskan kalor (ke arah reaksi eksoterm).
Contoh:
2 NO(g) + O2(g) ↔ 2 NO2(g) ΔH = –216 kJ
(reaksi ke kanan eksoterm)
Reaksi ke kanan eksoterm berarti reaksi ke kiri endoterm.
Jika pada reaksi kesetimbangan tersebut suhu dinaikkan, maka kesetimbangan
akan bergeser ke kiri (ke arah endoterm atau yang membutuhkan kalor).
Jika pada reaksi kesetimbangan tersebut suhu diturunkan, maka kesetimbangan
akan bergeser ke kanan (ke arah eksoterm).
d. Pengaruh Katalisator terhadap Kesetimbangan
Fungsi katalisator dalam reaksi kesetimbangan adalah mempercepat tercapainya
kesetimbangan dan tidak merubah letak kesetimbangan (harga tetapan
kesetimbangan Kc tetap). Hal ini disebabkan katalisator mempercepat reaksi ke
kanan dan ke kiri sama besar.
Perbedaan Konstanta Kesetimbangan dan Quotient Reaksi
Jika ke dalam suatu reaktor tertutup dicampurkan gas N2, O2, dan NO (reaksinya dapat
balik) maka Anda tidak dapat menentukan mana yang bertindak sebagai pereaksi
maupun hasil reaksi. Arah reaksi pun tidak dapat ditentukan secara pasti sebab reaksi
dapat balik (reversible), dapat berlangsung dalam dua arah. Untuk mengetahui arah
9
reaksi dalam reaksi dapat balik (re ersible) maka didefinisikan perbandingan reaksi
(quotient of reaction), dilambangkan dengan Q, yaitu perbandingan konsentrasi zat-
zat yang bereaksi.
Andaikan persamaan reaksi untuk campuran gas N2, O2, dan NO Anda tuliskan
sebagai N2(g) + O2(g) ↔ 2NO(g) maka perbandingan reaksinya adalah :
Pada saat reaksi mencapai kesetimbangan, harga Q tidak lagi bergantung pada
konsentrasi awal, tetapi hanya bergantung pada suhu sistem reaksi. Tetapan
kesetimbangan untuk contoh reaksi N2(g) + O2(g) ↔ 2NO(g) dapat ditulis:
Berdasarkan uraian tersebut maka dapat dikatakan sebagai berikut.
a. Jika nilai Q lebih besar daripada nilai Kc, reaksi sedang berlangsung ke arah kiri
persamaan reaksi.
b. Jika nilai Q lebih kecil daripada nilai Kc, reaksi sedang menuju ke arah kanan.
c. Jika nilai Q sama dengan nilai Kc, reaksi dikatakan telah mencapai keadaan
setimbang.
Gambar II.4. Hubungan perbandingan K dan Q dengan arah reaksi.
10
3. Suatu proses yang erat hubungannya dengan proses Haber-Bosch, yang
merupakan proses modern dalam pembuatan asam nitrat dengan katalis Pt,
diknal dengan nama proses Ostwald. Jelaskan tentang proses ini, tuliskan reaksi
apa saja yang terlibat, kesetimbangan apa yang terjadi, terangkan dengan video
dan juga flip chart untuk bisa memahami proses ini secara baik.
Proses Ostwald ialah proses kimia untuk pembuatan asam nitrat (HNO3).
Wilhelm Ostwald mengembangkan proses ini, dan mematenkan pada tahun 1902.
Proses Ostwald process merupakan andalan industri kimia modern, dan proses ini
menghasilkan bahan baku utama untuk kebanyakan tipe umum produksi pupuk.
Secara historis dan secara praktis, proses Ostwald berkaitan erat dengan proses
Haber, yang menghasilkan bahan baku yang diperlukan, ammonia (NH3).
Gambaran
Ammonia diubah menjadi asam nitrat dalam dua tahapan. Ammonia dioksidasi
(dalam arti “dibakar”) melalui pemanasan dengan oksigen dengan adanya katalis
seperti platinum dengan 10% rhodium, untuk membentuk oksida nitrat dan air.
Langkah ini sangat eksotermis, sehingga sumber panas berguna sekali untuk dimulai:
4 NH3 (g) + 5 O2 (g) → 4 NO (g) + 6 H2O (g) (ΔH = −905.2 kJ)
Tahap dua melibatkan dua reaksi dan dilakukan dalam peralatan absorpsi yang
mengandung air. Oksida nitrat awalnya dioksidasi lagi untuk menghasilkan nitrogen
dioksida: Gas ini kemudian mudah diserap oleh air, menghasilkan produk yang
diinginkan (asam nitrat, meskipun dalam bentuk encer), sekaligus mengurangi
sebagian kembali ke oksida nitrat :
2 NO (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g) (ΔH = −114 kJ/mol)
3 NO2 (g) + H2O (l) → 2 HNO3 (aq) + NO (g) (ΔH = −117 kJ/mol)
NO didaur-ulang, dan asam dipekatkan sampai kekuatan yang diperlukan melalui
penyulingan.
Alternatifnya, bila tahap akhir dilakukan dalam udara :
4 NO2 (g) + O2 (g) + 2 H2O (l) → 4 HNO3 (aq)
11
Kondisi khas untuk tahap pertama, yang berkontribusi pada hasil keseluruhan sekitar
98%, adalah:
Tekanan antara 4 dan 10 atmosfer (sekitar 400-1010 kPa atau 60-145 psig) dan;
Suhu sekitar 500 K (kira-kira 217 oC atau 422,6 oF).
Sebuah komplikasi yang perlu dipertimbangkan melibatkan reaksi-samping pada
langkah pertama yang mengalihkan oksida nitrat kembali ke N2:
4 NH3 + 6 NO → 5 N2 + 6 H2OIni adalah sebuah reaksi sekunder yang diminimalisir oleh pengurangan waktu
campuran gas yang berada dalam kontak dengan katalis.
4. Tuliskan reaksi pada proses Haber-Bosch dan terangkan secara sistematis
proses pembuatan ammonia dan penerapan azas Le Chatelier pada proses
tersebut untuk meningkatkan jumlah produk. Bagaimana pengaruh katalis
terhadap reaksi di atas? Terjemahkan proses singkatnya (bisa ditambahkan
data pendukung video untuk presentasi)
Reaksi pada proses Haber-Bosch
N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g) ∆H = -92,4Kj: Kp = 6,2×105
Gambar II.5 proses Haber-Bosch dalam pembuatan ammonia
Langkah pertama membuat ammonia adalah :
CaCO3 + heat → CaO + CO2
lalu hasil produk ini dipanaskan dengan tambahan karbon dalam kondisi anoxic untuk
membuat kalsium karbida
12
CaO + 3C + heat → CaC2 + CO
Proses actual pembentukan nitrogen berasal dari reaksi antara kalsium karbida dengan
nitrogen murni, tekanan yang dibutuhkan operasi reaksi ini 2 atm, dipanaskan melalui
penasan ohmic dari karbon
CaC2 + N2 → CaCN2 + C
Proses ini selesai dengan mencampurkan kaslium cyanamida dengan air dan NaOH
(sebagai katalis) untuk hidrolisis :
CaCN2 + H2O → 2NH3 + CaCO3
Kalsium karbonat dapat dipisahkan dengan mudah sebagai padatan dan ammonia
dapat di distilasi mengukuti NaOH untuk di umpankan balik untuk proses sebelumnya
(hidrolisis).
Reaksi pembetukan ammonia merupakan reaksi yan bersifat reversible sehingga
berdasarkan prinsip Le Chatelier, kondisi tekanan tinggi dan temperatur rendah
diperlukan untuk mengarahkan reaksi agar bergerak ke kanan (arah hasil ammonia).
Pada temperatur rendah sebenernya dapat menghasilkan presentasi pembentukan NH3
yang tinggi tetapi reaksi tersebut berlangsung sanagt lambat untuk dapat mencapai
kesetimbangan.
5. Jelaskan salah satu proses/teori untuk pengambilan atau pemanfaatan nitrogen
dari udara untuk menghasilkan produk yang lebih bermanfaat dan komersial
yang anda ketahui selain untuk proses di atas ?
Proses Pemanfaatan Nitrogen
Nitrogen adalah unsur kimia dengan nomor atom 7. Sangat sulit bereaksi dengan
unsur atau senyawa lainnya (inert). Sifat – sifat fisik nitrogen sangat dekat dengan
oksigen sehingga menyulitkan dalam proses pemisahan oksigen dan nitrogen.
Nitrogen pada tekanan atmosferik adalah gas yang tidak berwarna, tidak berasa, tidak
13
berbau. Bila tercairkan, nitrogen 19 % lebih ringan dari air. Titik didih pada tekanan
atmosfer adalah -196ºC (77 K). dan berat molekulnya 28.013.
Gambar II.6 Uraian Proses Pembuatan Nitrogen Cair
Uraian Proses :
1. Pre-Treatment
a. Filtrasi
Dilakukan penyaringan dengan filter yang memiliki kerapatan (mesh) tertentu
untuk memisahkan pengotor berpartikel sedang (debu halus).
b. Kompresi
Dilakukan untuk menaikan tekanan sehinga pada proses berikutnya, pendinginan,
gas dapat berubah menjadi fasa cair.
c. Pendinginan
Karena output dari kompresor sangat panas, makan dilakukan direct cooling, yaitu
terjadi kontak langsung antara air dan udara, hingga mendekati temperatur desain.
d. Pemurnian
Karena air (H2O) dan CO2 akan membeku lebih awal, maka pengotor ini perlu
dipisahkan terlebih dahulu karena akan menimbulkan kerak (scaling) pada pipa-
pipa alat.
Pada alat ini, PPU (Pre Purification Unit), terdapat beberapa lapisan yang terdiri
dari molecular sieve yang akan memerangkap partikel H2O dan CO2 .
2. Main Process
a. Heat Exchanger
14
Prinsip kerja alat ini adalah menukarkan panas berdasarkan perbedaan suhu, pada
proses ini panas ditukarkan (panas berasal dari keluaran expander) sebagai
pendinginan awal.
b. Ekspansi
Gas nitrogen diumpankan ke ekspander untuk memproduksi dingin yang
dibutuhkan proses, sehingga keluarannya berbentuk cairan yang diumpankan ke
atas kolom melewati heat exchanger sebagai reflux.
c. Distilasi
Pada proses ini terjadi pemisahan antara gas – gas yang terkandung pada udara
bebas sebagai umpan melalui perbedaan titik didih. Temperatur kolom sebesar -
170 C hal ini menyebabkan oksigen lebih cenderung berubah menjadi cairan
sehingga akan menuju bawah kolom, sedangkan nitrogen yang berfasa gas akan
naik ke atas kolom.
Pemanfaatan gas nitrogen
- Pengisi pada ban kendaraan bermotor
o Mengurangi korosi pada velg roda
o Suhu ban relative lebih dingin
o Memperpanjang umur penggunaan ban
- Dunia medis (nitrogen cair, -196 C)
o Membekukan dan menjaga darah dan sampel jaringan hidup dalam periode
yang cukup lama
o Dermatologi, membakar kutil dan tumor jinak kulit
- Industri kimia
o Pressure gas
o Purging (penucian / pembilasan reactor dari gas organik)
- Fabrikasi logam
o Penggunaan gas nitrogen sebagai laser cutting
B. Kalsium karbonat yang diperoleh dari sumber-sumber alam, dapat digunakan
sebagai pengisi dalam berbagai produk, seperti keramik, kaca, plastic, cat, dan
sebagai bahan awal untuk produksi kalsium oksida. Kalsium oksida, yang
dikenal dengan kapur tohor, dapat diperoleh dari reaksi dekomposisi termal
kalsium karbonat. Kalsium karbonat (potongan marmer) dipanaskan sehingga
15
terjadi reaksi dekomposisi, dapat dilakukan dengan dua metode yang berbeda.
Metode pertama melibatkan pemanasan potongan marmer dalam tabung
tertutup dan CO2 yang dihasilkan dimasukkan dan ditampung dalam suatu
tabung tertutup berisi air dan terbentuklah Ca(OH)2, jika diamati berupa
endapan putih. Sementara yang tersisa adalah kapur mentah yang tidak stabil,
dan ketika bertemu dengan CO2 di udara maka terbentuk kembali CaCO3.
Sedangkan pada metode (B), potongan marmer dipanaskan pada wadah terbuka
untuk mendapatkan endapan kapur tohor.
1. Apa yang anda ketahui tentang kesetimbangan dinamik (dynamic equilibrium)?
Apakah reaksi dekomposisi thermal kalsium karbonat merupakan salah satu
contoh kesetimbangan dinamik? Jelaskan! Jelaskan juga tentang perbedaan
kesetimbangan homogen dan kesetimbangan heterogen?
Kesetimbangan Kimia Bersifat Dinamis.
Reaksi setimbang adalah reaksi yang berlansung secara dua arah atau reaksi yang
berlansung bolak-balik. Reaksi setimbang berlansung secara dinamis, berlansung
secara terus-menerus tanpa henti denagn konsentrasi zat berlansung pada arah
reaksinya.
1. Reaksi Satu Arah (Irreversible)
Reaksi yang berlansung searah, atau reaksi yang tidak dapat balik, artinya: zat-zat
hasil reaksi tidak dapat kembali membentuk zat pereaksi. Contohnya kertas yang
terbakar, tidak mungkin menjadi kertas lagi.
Ciri-ciri reaksi satu arah sebagai berikut :
1. Reaksi ditulis dengan satu anak panah ( → )
2. Reaksi berlansung satu arah dari kiri ke kanan.
3. Zat hasil reaksi tidak dapat dikembalikan seperti zat mula-mula.
4. Reaksi baru berhenti apabila salah satu atau semua reaktan habis.
Contoh:
1. NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)
Pada reaksi tersebut NaOH habis bereaksi denagn HCl membentuk NaCl dan air.
16
NaCl dan air tidak dapat bereaksi kembali menjadi NaOH dan HCl.
2. Mg(s) + 2 HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g)
Mg habis bereaksi denagn HCl membentuk MgCl2 dan gas H2. MgCl2 dan H2 tidak dapat
bereaksi kembali membentuk Mg dan HCl.
2. Reaksi Bolak-balik ( Reversible)
Reaksi yang berlansung dua arah, dan zat-zat hasil reaksi dapat kembali membentuk zat
pereaksi.
Kesetimbangan dinamis dapat terjadi bila reaksi yang terjadi merupakan reaksi bolak-
balik. Contohnya: es mencair, memasak air dalam wadah tertutup, air hujan, dan lain-
lain.
Ciri-ciri reaksi bolak-balik sebagai berikut :
1. Reaksi ditulis dengan dua anak panah ( ↔ )
2. Reaksi berlansung dari dua arah, yaitu dari kiri ke kanan dan dari kanan ke kiri.
3. Zat hasil reaksi dapat dikembalikan seperti zat mula-mula.
4. Reaksi tidak pernah berhenti karena komponen zat tidak pernah habis.
Contoh:
Reaksi : PbSO4(s) + 2NaI(aq) → PbI2(s) + Na2SO4(aq)
Endapan PbI yang ternebtuk dapat direaksikan denagn cara menambahkan larutan
Na2SO4 berlebih.
PbI2(s) + Na2SO4(aq) → PbSO4(s) + 2NaI(aq)
Dalam menuliskan reaksi bolak-balik, kedua reaksi dapat digabungkan sebagai
berikut : PbSO4(s) + 2NaI(aq) ↔ PbI2(s) + 2NaI(aq)
Jenis Kesetimbangan Berdasarkan Wujud.
Berdasarkan wujud zat yang ada dalam keadaan setimbang, reaksi kesetimbangan
terdiri dari dua jenis, yaitu kesetimbangan homogen dan kesetimbangan heterogen.
17
1. Kesetimbangan Homogen
Kesetimbangan homogen adalah suatu kesetimbangan yang didalamnya terdapat zat-zar
dengan wujud yang sama, terdiri dari:
a. Kesetimbangan antara larutan dan larutan
Contoh: Fe3+(aq) + SCN(aq) → Fe(SCN)(aq)
b. Kesetimbangan anatar gas dan gas
Contoh : 2SO2(g) + O2(g) → 2SO2(g)
N2(g) + O2(g) → 2NO(g)
2. Kesetimbangan Heterogen
Kesetimbangan Heterogen adalah kesetimbngan yang di dalamnya terdapat zat-zat
dengan wujud yang berbeda, terdiri dari:
1. Kesetimbangan antara zat padat dan gas
Contoh: CaCO3(s) ↔ CaO(s) + CO2(g)
2. Kesetimbangan antara gas dengan zat cair.
Contoh: H2O(g) ↔ H2O(l)
3. Kesetimbangan antara zat padat dengan larutan
Contoh: AgCl(s) ↔ Ag+(aq) + Cl–
(aq)
4. Kesetimbangan antara gas, zat cair, dan zat padat
Contoh: NaHCO3(s) ↔ Na2CO3(s) + H2O(l) + CO2(g)
Reaksi dekomposisi thermal kalsium karbonat bukan merupakan reaksi dinamik,
karena reaksi dekomposisi adalah jenis reaksi dimana senyawa tunggal terurai menjadi
18
dua atau lebih unsur atau senyawa baru. Reaksi ini sering melibatkan sumber energi
seperti panas, cahaya, atau listrik.
Untuk contoh dekomposisi kalsium karbonat yang akan terdekomposisi menjadi CaO
dan CO2 dan reaksi ini tidak dapat berlangsung reversible dan dapat dikatakan bahwa
reaksi dekomposisi kalsium karbonat bukan merukapan reaksi dinamik
2. Terangkan mengapa metode b lebih berhasil untuk mendekomposisi CaCO3 dengan
mengacu pada prinsip Le Chatelier ?
Jawab :
Azas Le Chatelier menyatakan : Bila pada sistem kesetimbangan diadakan aksi,
maka sistem akan mengadakan reaksi sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi itu
menjadi sekecil-kecilnya.
Oleh karena pada metode B dilakukan pemanasan potongan marmer pada wadah
terbuka sehingga sistem tersebut dapat dikatakan sistem yang endotermis (menyerap
panas). Oleh karena itu, marmer ketika dipanaskan pada wadah terbuka dan
berinteraksi langsung dengan O2 akan terurai dalam bentuk endapan kapur tohor
dengan reaksi yang cepat.
3. Tuliskan reaksinya dan turunkan persamaan untuk menentukan konstanta
kesetimbangan, apabila diketahui kalsium oksida dan kalsium karbonat adalah
padat. Jelaskan bagaimana Anda dapat menentukan derajat disosiasi untuk reaksi
ini! Apabila ada kenaikan tekanan, reaksi kesetimbangan akan bergeser kearah
mana? Jelaskan mengapa demikian!
Jawab :
CaCO3 (s) ↔ CaO (s) + CO2 (g)
K c=[C O2 ]atau K p=PCO2
Asumsi a mol CaCO3 terurai menjadi CaO dan CO2
CaCO3 (s) ↔ CaO (s) + CO2 (g)
Mula : a mol - -
Bereaksi : -x mol x mol x mol
Sisa : a-x mol x mol x mol
K c=[C O2 ]→ K c=xV
→ x=K c ×V
19
Derajat Disosiasi CaC O3=xa=
K c ×V
a
Apabila terjadi kenaikan tekanan, reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah reaktan
karena pada reaktan tidak terdapat zat berfasa gas sedangkan pada produk terdapat
CO2 sebagai fasa gas, dimana ketika tekanan gas dinaikan konsentrasi mol gas akan
meningkat sehingga kesetimbangan akan bergerak ke arah sebaliknya yaitu reaktan.
4. Andaikan reaksi dekomposisi tersebut terjadi pada suhu 1200 K dan ∆G° = -13,8
kJ/mol, bagaimanakah Anda dapat menentukan nilai konstanta kesetimbangan
reaksi tersebut ? Apa yang terjadi dengan reaksi tersebut jika suhunya diturunkan
atau dinaikkan ? Bagaimana pengaruhnya dengan nilai konstanta
kesetimbangannya ? Berikan satu contoh !
Jawab:
Berdasarkan data tersebut, maka nilai konstanta reaksi kesetimbangan reaksi
dekomposisi termal tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus
∆ G=∆ G °+RT ln K
Dalam kondisi setimbang, nilai ∆G adalah nol, maka persamaan tersebut menjadi
RT ln K=−∆ G °
ln K=−∆ G°RT
K=e(−∆G°
RT )
K=e( −(−13800J /mol)
8,3145 J/K mol∙ 1200 K )
K=3,987
Jika reaksi tersebut suhunya diturunkan, sesuai dengan teori kesetimbangan kimia,
kesetimbangan akan bergeser ke arah eksoterm. Dalam reaksi ini, eksoterm reaksi
berada pada ruas kiri, maka jika suhu diturunkan kesetimbangan bergeser ke arah kiri
dan laju pembentukan kalsium karbonat lebih besar daripada laju pembentukan
kalsium oksida dan karbon dioksida. Sebaliknya, jika suhu sistem dinaikkan, sesuai
dengan teori kesetimbangan kimia, kesetimbangan akan bergeser ke arah endoterm.
Dalam reaksi ini, endoterm reaksi berada pada ruas kanan, maka jika suhu dinaikkan
kesetimbangan bergeser ke arah kanan dan laju pembentukan kalsium oksida dan
karbon dioksida lebih besar daripada laju pembentukan kalsium karbonat
20
C. Penambahan bahan aditif pada makanan dapat membuat makanan tersebut
menjadi lebih menarik. Salah astu bahan aditig yang sering digunakan adalah zat
penyedap rasa dan aroma, yang biasanya berasal dari golongan ester. Seperti
diketahui, ester dapat dibuat melalui reaksi esterifikasi asam karboksilat dan
alkohol. Pada reaksi ini, biasanya ditambahkan katalis asam.
1. Berikan contoh reaksi esterifikasi, dan jika diasumsikan konsentrasi awal pada
molekul produk adalah nol, apa yang dapat anda katakan untuk nilai
konsentrasi produk reaksi tersebut pada kesetimbangan?
Nilai konsentrasi awal pada kesetimbangan bernilai nol itu dimaksudkan bahwa laju
pembentukan ester belum terjadi dimana nilai konsentrasi ester tersebut tergantung
dari senyawa pembentuknya. Reaksi esterifikasi ini bersifat reversible karena ester
yang terbentuk dapat diurai menjadi senyawa pembentuknya lagi dengan proses
hidrolisa. Contoh reaksi esterifikasi :
2. Selain digunakan sebagai zat aditif pada makanan, senyawa ester juga banyak
digunakan sebagai pelarut, contohnya etil etanoat. Berikan penjelasan alasan
pemilihan etil etanoat sebagai pelarut. Andaikan pada reaksi pembentukan etil
etanoat, konsentrasi asam acetat pada kesetimbangan (298K) adalah 0,24
mol/dm3 dan etanol adalah 0,58 mol/dm3, turunkanlah persamaan yang dapat
digunakan untuk menentukan nilai konstanta kesetimbangan untuk reaksi
tersebut. Jelaskan bagaimana anda dapat menentukan konsentrasi akhir dari
semua spesi
Pemilihan etil etanoat sebagai solvent mempunyai beberapa alasan antara lain karena
kelarutannya meningkat pada suhu yang lebih tinggi, cocok untuk digunakan pada
suhu direaktor yang notabene pada suhu tinggi. Selain itu etil etanoat mempunyai
aroma yang khas, serta tidak beracun. Untuk menentukan nilai konstanta
kesetimbangan maka :
V A + X B <——> Y C + Z D Kc = [C]y [D]Z / [A]V [B]X
21
Y C + Z D <——> V A + X B Kc = [A]V [B]X / [C]Y [D]Z = 1 / Kc
BAB III
KESIMPULAN
Kesimpulan dari makalah pemicu II ini adalah :
22
Reaksi setimbang adalah reaksi yang berlansung secara dua arah atau reaksi yang
berlansung bolak-balik. Reaksi setimbang berlansung secara dinamis, berlansung secara
terus-menerus tanpa henti denagn konsentrasi zat berlansung pada arah reaksinya.
Azas Le Chatelier menyatakan bahwa jika suatu sistem kesetimbangan menerima suatu
aksi maka sistem tersebut akan mengadakan reaksi, sehingga pengaruh aksi menjadi
sekecil-kecilnya.
Penerapan proses Haber-Bosch dapat digunakan untuk sintesa ammonium nitrat.
Kesetimbangan dinamis dibagi menjadi dua jenis yaitu kesetimbangan homogen dan kesetimbangan heterogen.
Reaksi esterifikasi dapat dibuat dari reaksi antara asam karboksilat dengan senyawa
alkohol menggunakan katalis asam. Reaksi ini dikenal sebagai fischer esterification.
DAFTAR PUSTAKA
Alberty, Robert. A. 1983. Kimia Fisika. Jakarta Pusat : Erlangga
Brady, J. E. 2009. Kimia Universitas Asas dan Struktur. Binarupa Aksara : Jakarta
23
Hayt, William H. dan John A. Buck. 2006. Elektromagnetika, Edisi ketujuh. Diterjemahkan
oleh Irzam Harmein, S.T. Jakarta: Erlangga.
Levine, Ira N. Physical Chemistry Sixth Edition. 2008. McGraw Hill: New York
Maron, Samuel H., Jerome B. Londo. 1974. Fundamental of Physical Chemistry. New York : Mac
Million Publishing Co.Inc
Mortimer, Robert G. 2008. Physical Chemistry, Third Edition. London: Elsevier Academic
Press.