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.