5. Efek katalis terhadap kesetimbangan reaksi.

Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi kimia, tanpa mengalami perubahan atau terpakai dalam proses reaksi katalis bekerja dengan cara menurunkan energi aktivasi

Katalis tidak mempengaruhi kesetimbangan kimia, karena selain mempercepat reaksi ke-kanan, katalis juga mempercepat reaksi ke-kiri, sehingga katalis hanya mempercmepat laju reaksi tanpa mengubah kesetimbangan.

6. Proses Haber-Bosch

Proses Haber-Bosch adalah proses pembentukan amonia dengan hidrogen dan nitrogen. Proses ini diciptakan oleh Fritz Haber pda tahun 1909 dan dikembangkan sebagai proses industri oleh Carl Bosch

Kondisi Reaksi:

Temperatur = ~ 450 °C Tekanan = ~ 200 atm Katalis = Fe Yield = 10% -20%

Persamaan Reaksi:

N2 + 3 H2 → 2 NH3 (ΔH = −92.4 kJ·mol−1)

Gambar.1. Proses Haber-Bosch

7.Proses Ostwald

Proses Ostwald adalah proses kimia untuk pembuatan asam nitrat (HNO3). Proses ini dikembangkan oleh Wilhelm Ostwald pada tahun 1902. Proses ini merupakan metode paling

mudah untuk membuat HNO3. Pada proses ini Amonia akan dikonversi menjadi Asam Nitrit dalam 2 tahap.

Tahap 1: Temperatur : 780-950 °C Tekanan : 4-10 atm Katalis : Pt Yield : 93-98%

Pada tahap 1,amonia akan dioksidasi dengan cara akan dipanaskan4 NH3 (g) + 5 O2 (g) → 4 NO (g) + 6 H2O (g) (ΔH = −905.2 kJ)

Karena panas dari reaksi, nitrogen oksida yang dihasilkan akan teroksidasi lebih lanjut menjadi nitrogen dioksida.

2 NO (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g) (ΔH = −114 kJ/mol) Tahap 2

Pada tahap kedua, nitrogen dioksida yang dihasilkan adakn dilarutkan dalam air sehingga terbentuk asam nitrat.

3 NO2 (g) + H2O (l) → 2 HNO3 (aq) + NO (g) (ΔH = −117 kJ/mol)Jka langkah terakhir dilakukan di udara, maka reaksinya adalah:

4 NO2 (g) + O2 (g) + 2 H2O (l) → 4 HNO3 (aq) Dapat juga terjadi reaksi samping yang dapat mengurangi yield, yaitu:

4NH3 +6NO → 5N2 + 6H2OAtau

2NH3 + 2O2 → N2O + 3H2

Gambar.2. Proses Ostwald

2. Bagaimana bentuk reaksi pembentukan pupuk amonium nitrat? Apa bedanya dengan proses haber-bosch? Apa yang anda ketahui tentang reaksi kesetimbangan kimia? Bagaimana kesetimbangan kimia itu dapat terjadi ? Faktor apa saja yang dapat mempengaruhi kesetimbangan kimia? Apa bedanya dengan quotient reaksi? Jelaskan.

3. Suatu proses yang erat hubungannya dengan proses Haber-Bosch, yang merupakan proses modern dalam pembuatan asam nitrat dengan katalis Pt,dikenal 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.

4. Tuliskan reaksi pada proses Haber-Bosch dan terangkan secara sistematis proses pembuatan amonia dan penerapan azas Le Chatelier pada proses tersebut untuk meningatkan jumlah produk. Bagaimana pengaruh katalis pada reaksi diatas? Terjemahkan proses singkatnya (bisa ditambahkan data pendukung video untuk presentasi).

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 proses diatas?

Jawab:

2. Reaksi Pembentukan amonium nitrat (Reaksi antara asam nitrat dengan amonia):

HNO3 + NH3 → NH4NO3

Proses Haber-Bosch (Reaksi pembentukan amonia):

N2 + 3 H2 → 2 NH3 (ΔH = −92.4 kJ·mol−1)

Amonia yang dihasilkan pada proses haber akan direaksikan dengan asam nitrat dalam proses netralisasi untuk menghasilkan amonium nitrat.

3. Proses Ostwald adalah proses kimia untuk pembuatan asam nitrat (HNO3). Proses ini dikembangkan oleh Wilhelm Ostwald pada tahun 1902. Proses ini merupakan metode paling mudah untuk membuat HNO3. Pada proses ini Amonia akan dikonversi menjadi Asam Nitrit dalam 2 tahap.

Tahap 1: Temperatur : 780-950 °C Tekanan : 4-10 atm Katalis : Pt Yield : 93-98%

Pada tahap 1,amonia akan dioksidasi dengan cara akan dipanaskan4 NH3 (g) + 5 O2 (g) → 4 NO (g) + 6 H2O (g) (ΔH = −905.2 kJ)

Karena panas dari reaksi, nitrogen oksida yang dihasilkan akan teroksidasi lebih lanjut menjadi nitrogen dioksida.

2 NO (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g) (ΔH = −114 kJ/mol) Tahap 2

Pada tahap kedua, nitrogen dioksida yang dihasilkan adakn dilarutkan dalam air sehingga terbentuk asam nitrat.

3 NO2 (g) + H2O (l) → 2 HNO3 (aq) + NO (g) (ΔH = −117 kJ/mol)Jka langkah terakhir dilakukan di udara, maka reaksinya adalah:

4 NO2 (g) + O2 (g) + 2 H2O (l) → 4 HNO3 (aq) Dapat juga terjadi reaksi samping yang dapat mengurangi yield, yaitu:

4NH3 +6NO → 5N2 + 6H2OAtau

2NH3 + 2O2 → N2O + 3H2OHubungan kesetimbangan dengan prinsip le chatelier(untuk mendapatkan hasil maksimum):

Karena reaksi ini merupakan reaksi eksotermis, dengan mengecilkan temperatur, kesetimbangan akan bergeser ke arah produk

Dengan menambahkan konsentrasi reaktan, makakesetimbangan akan menjauhi reaktan

Karena molekul pada sisis kiri reaksi oksidasi NO lebih sedikit dari molekul dikanan, maka penambahan tekanan akan menyebabkan bergesernya kesetimbangan ke arah kanan.

4. Proses haber mereaksikan nirogen dari udara dan hidrogen dari metana (C2H4) untuk membentuk amonia. Reaksi ini merupakan reaksi reversibel dan eksotermik.

Persamaan Reaksi:

N2 + 3 H2 → 2 NH3 (ΔH = −92.4 kJ·mol−1)

Hubungan dengan asas Le Chatelier:

A. Temperatur:Sesuai asal le chatelier, karena raksi pembuaan amonia adalah reaksi eksotermik, untuk mendapatkan produk yang lebih banyak dapat dilakukan dengn menurunkan temperatur. Meskipun begitu, temperatur yang rendah menyebabkan laju reaksi yang lambat. Sehingga diambil garis tengah 400-450 °C

B. Tekanan Faktor Kesetimbangan:

Karena molekul dikanan (2 molekul) lebih sedikit dari molekul dikiri reaksi (1+3 molekul),sesuai asas le chatelier, untuk mendapatkan NH3 maksimum diperlukan tekanan tinggi.

Faktor Laju Reaksi:Menaikkan tekanan akan membuat molekul menjadi saling berdekatan sehingga mempercepat laju reaksi.

Faktor Ekonomi:

Meskipun tekanan yang tinggi akan menghasilkan produk yang banyak, dibutuhkan biaya yang sengat besar untuk menghasilkan tekanan yang sangat tinggi, karena itu diambil garis engah 200 atm

C. KatalisKarena N2 adalah molekul yang sangat stabil, dibutuhkan katalis agar dapat bereaksi dengan H2. Katalis yang digunakan adalah Fe yang didapat dari reduksi Fe2O3.

5.PROSES PEMBUATAN NITROGEN CAIR

Nitrogen cair adalah nitrogen pada wujud cair yang berada dalam temperatur yang sangat rendah. Nitogen cair diperoleh dari Distilasi berfraksi udara cair.

Uraian proses:

1. Filtrasi

Pada saat udara dihisap oleh compressor, terlebih dahulu udara disaring dengan menggunakan filter, agar kotoran atau gas-gas pengotor dari udara bebas dapat disaring dan tidak terikut dalam proses – proses selanjutnya.

Contoh gas pengotor : uap air dan karbondioksida, debu juga bisa menjadi zat pengotor pada udara bebas. Zat pengotor ini harus dihilangkan karena dapat menyebabkan penyumbatan pada perlatan, tingkat bahaya yang dapat ditimbulkan, korosi, dan juga dalam batas – batas tertentu dilarang terkandung dalam spesifikasi produk akhir.

2. Kompressi

Alat yang digunakan yaitu compressor, dimana fungsinya yaitu menaikkan tekanan udara bebas yang diserap sampai 145 – 175 Psig.atau sekitar 6 bar.

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.

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. Purrification (Pemurnian)

Pada proses ini terdapat proses penyerapan ( adsorpsi ) terhadap material / zat – zat pengotor dari feed air , diantaranya : uap air, karbon monoksida, karbon dioksida, dan beberapa kandungan hidrokarbon. Pada beberapa industry, menggunakan 2 layer pada vessel pemurnian ini, layer bawah menggunakan alumina untuk menyerap / mengadsorpsi kandungan uap air dalam udara dan bagian top / atas menggunakan molecular sieve yang bertindak sebagai adsorben untuk menghilangkan karbondioksida.

5. Heat Exchanger (Pemindah Panas)

Melewati exchanger, udara didinginkan hingga mendekati titik pencairan. Karena udara menjadi dingin, mula – mula uap air akan menjadi deposit, dimulai jadi cairan kemudian berubah menjadi salju halus dengan arah yang berlawanan. Fungsi heat exchanger untuk memudahkan pergerakan panas yang akan dipindahkan aliran panasnya, dari zat yang memiliki panas lebih tinggi menuju daerah yang dingin hingga temperature keduanya sama

6. Ekspansi

Udara yang dingin tersebut diekspansikan atau diturunkan pressure nya sampai tekanan menjadi 70 – 80 psig hingga udara tersebut cair.

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). Dimana nitrogen memiliki titik didih yang lebih tinggi dibandingkan dengan gas – gas lain yang terkandung dalam udara yaitu -195. Bila dipisahkan masing – masing gas pada proses vaporisasi (destilasi), maka nitrogen akan cepat menguap dan menghasilkan produk gas yang siap digunakan.

Gas nitrogen yang dihasilkan dari proses vaporisasi bisa dirubah bentuk menjadi liquid dengan cara dilewatkan pada kolom – kolom